1. Caratteristiche EDM dei materiali in grafite.
1.1.Velocità di lavorazione di scarico.
La grafite è un materiale non metallico con un punto di fusione molto elevato, pari a 3.650 °C, mentre il rame ha un punto di fusione di 1.083 °C, per cui l'elettrodo di grafite può sopportare condizioni di impostazione della corrente maggiori.
Quando l'area di scarica e la scala delle dimensioni degli elettrodi sono maggiori, i vantaggi della lavorazione di sgrossatura ad alta efficienza del materiale in grafite risultano più evidenti.
La conduttività termica della grafite è 1/3 di quella del rame e il calore generato durante il processo di scarica può essere utilizzato per rimuovere i materiali metallici in modo più efficace. Pertanto, l'efficienza di lavorazione della grafite è superiore a quella degli elettrodi in rame nelle lavorazioni medie e fini.
Secondo l'esperienza di elaborazione, la velocità di elaborazione della scarica dell'elettrodo di grafite è da 1,5 a 2 volte più veloce di quella dell'elettrodo di rame in condizioni d'uso corrette.
1.2.Consumo degli elettrodi.
L'elettrodo di grafite ha la caratteristica di resistere a condizioni di corrente elevata, inoltre, in condizioni di sgrossatura appropriata, compresi i pezzi in acciaio al carbonio prodotti durante la lavorazione, con rimozione del contenuto e fluido di lavoro ad alta temperatura, decomposizione delle particelle di carbonio, effetto di polarità, sotto l'azione di rimozione parziale del contenuto, le particelle di carbonio aderiranno alla superficie dell'elettrodo per formare uno strato protettivo, garantendo all'elettrodo di grafite una piccola perdita nella lavorazione di sgrossatura o addirittura "zero sprechi".
La principale perdita di elettrodo nell'elettroerosione a tuffo deriva dalla sgrossatura. Sebbene il tasso di perdita sia elevato nelle condizioni di impostazione della finitura, la perdita complessiva è bassa grazie al piccolo sovrametallo di lavorazione riservato ai pezzi.
In generale, la perdita dell'elettrodo in grafite è inferiore a quella dell'elettrodo in rame nella lavorazione di sgrossatura ad alta corrente e leggermente superiore a quella dell'elettrodo in rame nella lavorazione di finitura. La perdita dell'elettrodo in grafite è simile.
1.3.La qualità della superficie.
Il diametro delle particelle di grafite influenza direttamente la rugosità superficiale dell'elettroerosione. Minore è il diametro, minore è la rugosità superficiale ottenibile.
Alcuni anni fa, utilizzando particelle di grafite con un diametro di 5 micron, la superficie migliore poteva raggiungere solo un EDM VDI18 (Ra0,8 micron); oggigiorno, il diametro dei grani dei materiali in grafite è stato in grado di raggiungere un phi entro 3 micron, la superficie migliore può raggiungere un EDM VDI12 stabile (Ra0,4 μm) o un livello più sofisticato, ma l'elettrodo di grafite per l'EDM a specchio.
Il rame ha una bassa resistività e una struttura compatta, e può essere lavorato stabilmente in condizioni difficili. La rugosità superficiale può essere inferiore a Ra0,1 m e può essere lavorato con specchio.
Pertanto, se la lavorazione a scarica persegue una superficie estremamente fine, è più adatto utilizzare materiale in rame come elettrodo, che rappresenta il principale vantaggio dell'elettrodo in rame rispetto all'elettrodo in grafite.
Tuttavia, con un elettrodo di rame in condizioni di elevata corrente, la superficie dell'elettrodo diventa facilmente ruvida, può persino screpolarsi, mentre i materiali in grafite non presentano questo problema. Il requisito di rugosità superficiale per VDI26 (Ra2,0 micron) per la lavorazione dello stampo consente di utilizzare un elettrodo in grafite, che può essere lavorato da grossolano a fine, ottenendo un effetto superficiale uniforme e senza difetti superficiali.
Inoltre, a causa della diversa struttura di grafite e rame, il punto di corrosione superficiale da scarica dell'elettrodo in grafite è più regolare rispetto a quello dell'elettrodo in rame. Pertanto, quando si lavora con la stessa rugosità superficiale di VDI20 o superiore, la granularità superficiale del pezzo lavorato con l'elettrodo in grafite è più netta e questo effetto superficiale della grana è migliore rispetto all'effetto superficiale da scarica dell'elettrodo in rame.
1.4.La precisione della lavorazione.
Il coefficiente di dilatazione termica del materiale in grafite è piccolo, il coefficiente di dilatazione termica del materiale in rame è 4 volte quello del materiale in grafite, quindi nella lavorazione a scarica, l'elettrodo in grafite è meno soggetto a deformazione rispetto all'elettrodo in rame, il che può ottenere una precisione di lavorazione più stabile e affidabile.
In particolare, quando si lavora su nervature profonde e strette, l'elevata temperatura locale fa sì che l'elettrodo di rame si pieghi facilmente, cosa che non accade con l'elettrodo di grafite.
Per gli elettrodi di rame con un elevato rapporto profondità-diametro, è necessario compensare un certo valore di dilatazione termica per correggere le dimensioni durante l'impostazione della lavorazione, mentre l'elettrodo di grafite non è necessario.
1.5.Peso dell'elettrodo.
La grafite è un materiale meno denso del rame e il peso dell'elettrodo di grafite dello stesso volume è solo 1/5 di quello dell'elettrodo di rame.
Si può osservare che l'uso della grafite è particolarmente indicato per elettrodi di grande volume, riducendo notevolmente il carico sul mandrino della macchina utensile per elettroerosione. L'elettrodo non causerà inconvenienti di serraggio a causa del suo peso elevato e produrrà deflessioni durante la lavorazione, ecc. Si può osservare che l'utilizzo di elettrodi in grafite è di grande importanza nella lavorazione di stampi su larga scala.
1.6. Difficoltà nella fabbricazione degli elettrodi.
Le prestazioni di lavorazione della grafite sono buone. La resistenza al taglio è solo 1/4 di quella del rame. Nelle corrette condizioni di lavorazione, l'efficienza di fresatura dell'elettrodo in grafite è 2-3 volte superiore a quella dell'elettrodo in rame.
L'elettrodo di grafite è facile da pulire ad angolo e può essere utilizzato per trasformare il pezzo in lavorazione, che dovrebbe essere rifinito con più elettrodi, in un singolo elettrodo.
L'esclusiva struttura delle particelle di grafite impedisce la formazione di sbavature dopo la fresatura e la formatura dell'elettrodo, il che può soddisfare direttamente i requisiti di utilizzo quando le sbavature non vengono facilmente rimosse nella modellazione complessa, eliminando così il processo di lucidatura manuale dell'elettrodo ed evitando cambiamenti di forma ed errori di dimensione causati dalla lucidatura.
È opportuno notare che, poiché la grafite è un accumulo di polvere, la sua fresatura produrrà molta polvere, pertanto la fresatrice deve essere dotata di una guarnizione e di un dispositivo di raccolta della polvere.
Se è necessario utilizzare l'EDM per elaborare gli elettrodi di grafite, le sue prestazioni di elaborazione non sono buone quanto quelle del materiale in rame, la velocità di taglio è circa il 40% più lenta rispetto al rame.
1.7.Installazione e utilizzo degli elettrodi.
La grafite ha buone proprietà di adesione. Può essere utilizzata per legare la grafite al dispositivo di fissaggio fresando l'elettrodo e scaricandolo, risparmiando così la procedura di lavorazione del foro per la vite sul materiale dell'elettrodo e riducendo i tempi di lavorazione.
Il materiale in grafite è relativamente fragile, in particolare l'elettrodo piccolo, stretto e lungo, che si rompe facilmente se sottoposto a una forza esterna durante l'uso, ma che può rilevare immediatamente un danno.
Se si tratta di un elettrodo di rame, si piegherà soltanto e non si romperà, il che è molto pericoloso e difficile da individuare durante l'uso e porterà facilmente allo scarto del pezzo in lavorazione.
1.8.Prezzo.
Il rame è una risorsa non rinnovabile, il suo prezzo tenderà ad aumentare, mentre il prezzo della grafite tenderà a stabilizzarsi.
Negli ultimi anni il prezzo del materiale in rame è aumentato, i principali produttori di grafite hanno migliorato il processo di produzione della grafite creando un vantaggio competitivo; ora, a parità di volume, il prezzo del materiale per elettrodi in grafite e quello dei materiali per elettrodi in rame sono piuttosto bassi, ma la grafite può essere lavorata in modo più efficiente rispetto all'elettrodo in rame, risparmiando un gran numero di ore di lavoro e riducendo così direttamente i costi di produzione.
Riassumendo, tra le 8 caratteristiche edM dell'elettrodo di grafite, i suoi vantaggi sono evidenti: l'efficienza dell'elettrodo di fresatura e della lavorazione di scarica è significativamente migliore rispetto a quella dell'elettrodo di rame; l'elettrodo grande ha un peso ridotto, una buona stabilità dimensionale, l'elettrodo sottile non è facile da deformare e la consistenza superficiale è migliore rispetto all'elettrodo di rame.
Lo svantaggio del materiale in grafite è che non è adatto alla lavorazione con scarica superficiale fine secondo VDI12 (Ra0,4 m) e l'efficienza nell'uso di edM per realizzare elettrodi è bassa.
Tuttavia, da un punto di vista pratico, uno dei motivi importanti che influenzano l'efficace promozione dei materiali in grafite in Cina è che sono necessarie macchine speciali per la lavorazione della grafite per la fresatura degli elettrodi, il che pone nuovi requisiti per le attrezzature di lavorazione delle aziende di stampi; alcune piccole imprese potrebbero non disporre di questa condizione.
In generale, i vantaggi degli elettrodi in grafite coprono la stragrande maggioranza delle applicazioni di elettroerosione a tuffo (EDM) e meritano di essere divulgati e applicati, con notevoli benefici a lungo termine. La mancanza di una lavorazione superficiale fine può essere compensata dall'utilizzo di elettrodi in rame.
2.Selezione dei materiali degli elettrodi in grafite per EDM
Per i materiali in grafite, sono principalmente i seguenti quattro indicatori che determinano direttamente le prestazioni dei materiali:
1) Diametro medio delle particelle del materiale
Il diametro medio delle particelle del materiale influenza direttamente le condizioni di scarico del materiale.
Quanto più piccola è la particella media del materiale di grafite, tanto più uniforme è la scarica, tanto più stabile è la condizione di scarica, migliore è la qualità della superficie e tanto minore è la perdita.
Maggiore è la dimensione media delle particelle, migliore è il tasso di rimozione ottenibile nella lavorazione di sgrossatura, ma l'effetto superficiale della finitura è scarso e la perdita dell'elettrodo è elevata.
2) La resistenza alla flessione del materiale
La resistenza alla flessione di un materiale è un riflesso diretto della sua resistenza e indica la tenuta della sua struttura interna.
Il materiale ad alta resistenza offre prestazioni di resistenza alla scarica relativamente buone. Per un elettrodo ad alta precisione, è opportuno scegliere il materiale con una buona resistenza, per quanto possibile.
3) Durezza Shore del materiale
La grafite è più dura dei materiali metallici e la perdita dell'utensile da taglio è maggiore rispetto a quella del metallo da taglio.
Allo stesso tempo, l'elevata durezza del materiale in grafite nel controllo delle perdite di scarica è migliore.
4) La resistività intrinseca del materiale
La velocità di scarica del materiale in grafite con elevata resistività intrinseca sarà più lenta rispetto a quella con bassa resistività.
Maggiore è la resistività intrinseca, minore è la perdita dell'elettrodo; tuttavia, maggiore è la resistività intrinseca, più sarà compromessa la stabilità della scarica.
Attualmente sono disponibili molti gradi diversi di grafite, forniti dai principali fornitori di grafite al mondo.
In genere, in base al diametro medio delle particelle dei materiali di grafite da classificare, le particelle con diametro ≤ 4 m sono definite come grafite fine, le particelle con diametro 5~ 10 m sono definite come grafite media, le particelle con diametro superiore a 10 m sono definite come grafite grossolana.
Quanto più piccolo è il diametro delle particelle, tanto più costoso è il materiale, tanto più adatto può essere selezionato il materiale in grafite in base ai requisiti e al costo dell'EDM.
3. Fabbricazione dell'elettrodo di grafite
L'elettrodo di grafite viene realizzato principalmente tramite fresatura.
Dal punto di vista della tecnologia di lavorazione, la grafite e il rame sono due materiali diversi e occorre padroneggiare le loro diverse caratteristiche di taglio.
Se l'elettrodo di grafite viene lavorato con il processo dell'elettrodo di rame, si verificheranno inevitabilmente dei problemi, come la frequente frattura della lamiera, che richiede l'impiego di utensili da taglio e parametri di taglio adeguati.
La lavorazione degli elettrodi in grafite è più soggetta all'usura rispetto agli utensili con elettrodi in rame. Dal punto di vista economico, la scelta dell'utensile in metallo duro è la più economica. Scegliere un utensile con rivestimento in diamante (chiamato coltello in grafite) è più costoso, ma l'utensile con rivestimento in diamante ha una lunga durata e un'elevata precisione di lavorazione; il vantaggio economico complessivo è buono.
Anche la dimensione dell'angolo anteriore dell'utensile influisce sulla sua durata utile: l'angolo anteriore dell'utensile di 0° sarà fino al 50% più alto dell'angolo anteriore di 15° della durata utile dell'utensile; anche la stabilità del taglio è migliore, ma maggiore è l'angolo, migliore è la superficie di lavorazione; l'uso di un angolo di 15° dell'utensile può ottenere la migliore superficie di lavorazione.
La velocità di taglio durante la lavorazione può essere regolata in base alla forma dell'elettrodo, solitamente 10 m/min, in modo simile alla lavorazione dell'alluminio o della plastica, l'utensile da taglio può essere inserito e disinserito direttamente dal pezzo in lavorazione durante la sgrossatura, mentre il fenomeno del collasso e della frammentazione dell'angolo si verifica facilmente durante la finitura, e spesso viene adottato il metodo del movimento veloce del coltello leggero.
L'elettrodo di grafite nel processo di taglio produce molta polvere, per evitare che particelle di grafite vengano inalate dal mandrino e dalla vite della macchina, attualmente ci sono due soluzioni principali: una è quella di utilizzare una macchina speciale per la lavorazione della grafite, l'altra è quella di riadattare il centro di lavorazione ordinario, dotato di uno speciale dispositivo di aspirazione della polvere.
Le speciali fresatrici ad alta velocità in grafite disponibili sul mercato hanno un'elevata efficienza di fresatura e possono facilmente completare la produzione di elettrodi complessi con elevata precisione e buona qualità superficiale.
Se per realizzare un elettrodo di grafite è necessaria l'EDM, si consiglia di utilizzare un materiale di grafite fine con un diametro delle particelle più piccolo.
Le prestazioni di lavorazione della grafite sono scarse: più piccolo è il diametro delle particelle, maggiore è l'efficienza di taglio ottenibile e si possono evitare problemi anomali come la frequente rottura del filo e le frange superficiali.
4.Parametri EDM dell'elettrodo di grafite
La selezione dei parametri EDM di grafite e rame è piuttosto diversa.
I parametri dell'EDM includono principalmente corrente, larghezza dell'impulso, intervallo dell'impulso e polarità.
Di seguito vengono descritte le basi per un utilizzo razionale di questi parametri principali.
La densità di corrente di un elettrodo di grafite è generalmente di 10~12 A/cm², molto maggiore di quella di un elettrodo di rame. Pertanto, nell'intervallo di corrente consentito nell'area corrispondente, maggiore è la corrente selezionata, maggiore sarà la velocità di scarica della grafite, minore sarà la perdita dell'elettrodo, ma la rugosità superficiale sarà maggiore.
Maggiore è la larghezza dell'impulso, minore sarà la perdita dell'elettrodo.
Tuttavia, una maggiore larghezza di impulso peggiorerà la stabilità dell'elaborazione, la velocità di elaborazione sarà più lenta e la superficie più ruvida.
Per garantire una bassa perdita dell'elettrodo durante la lavorazione di sgrossatura, solitamente si utilizza una larghezza di impulso relativamente ampia, che può realizzare efficacemente una lavorazione a bassa perdita dell'elettrodo di grafite quando il valore è compreso tra 100 e 300 US.
Per ottenere una superficie fine e un effetto di scarica stabile, è opportuno scegliere una larghezza di impulso più piccola.
In generale, la larghezza dell'impulso dell'elettrodo di grafite è circa il 40% inferiore a quella dell'elettrodo di rame
Il gap di pulsazione influenza principalmente la velocità di scarico e la stabilità della lavorazione. Maggiore è il valore, migliore sarà la stabilità della lavorazione, il che è utile per ottenere una migliore uniformità superficiale, ma la velocità di lavorazione sarà ridotta.
A condizione di garantire la stabilità dell'elaborazione, è possibile ottenere una maggiore efficienza di elaborazione scegliendo un intervallo di impulsi più piccolo, ma quando lo stato di scarica è instabile, è possibile ottenere una maggiore efficienza di elaborazione scegliendo un intervallo di impulsi più grande.
Nella lavorazione a scarica di elettrodi di grafite, l'intervallo e la larghezza degli impulsi sono solitamente impostati su 1:1, mentre nella lavorazione a scarica di elettrodi di rame, l'intervallo e la larghezza degli impulsi sono solitamente impostati su 1:3.
Con una lavorazione stabile della grafite, il rapporto di corrispondenza tra intervallo di impulso e larghezza di impulso può essere regolato su 2:3.
In caso di piccola distanza tra gli impulsi, è utile formare uno strato di copertura sulla superficie dell'elettrodo, il che aiuta a ridurre la perdita dell'elettrodo.
La selezione della polarità dell'elettrodo di grafite nell'EDM è sostanzialmente la stessa di quella dell'elettrodo di rame.
In base all'effetto di polarità dell'EDM, durante la lavorazione dell'acciaio per stampi viene solitamente utilizzata la lavorazione a polarità positiva, ovvero l'elettrodo è collegato al polo positivo dell'alimentazione e il pezzo in lavorazione è collegato al polo negativo dell'alimentazione.
Utilizzando correnti e larghezze di impulso elevate, la scelta di una lavorazione con polarità positiva può garantire perdite di elettrodo estremamente basse. Se la polarità è errata, le perdite di elettrodo saranno molto elevate.
Solo quando è necessario che la superficie sia lavorata con una precisione inferiore a VDI18 (Ra0,8 m) e la larghezza dell'impulso è molto piccola, si ricorre all'elaborazione con polarità negativa per ottenere una migliore qualità della superficie, ma la perdita dell'elettrodo è elevata.
Ora le macchine utensili CNC edM sono dotate di parametri di lavorazione con scarica di grafite.
L'utilizzo dei parametri elettrici è intelligente e può essere generato automaticamente dal sistema esperto della macchina utensile.
In genere, la macchina può configurare i parametri di lavorazione ottimizzati selezionando la coppia di materiali, il tipo di applicazione, il valore di rugosità superficiale e immettendo l'area di lavorazione, la profondità di lavorazione, la scala delle dimensioni dell'elettrodo, ecc. durante la programmazione.
Impostato per elettrodi di grafite della libreria di utensili per macchine EDM con ricchi parametri di lavorazione, il tipo di materiale può essere scelto tra grafite grezza, grafite, grafite corrispondente a una varietà di materiali del pezzo, per suddividere il tipo di applicazione in standard, scanalatura profonda, punta affilata, ampia area, ampia cavità, come fine, fornisce anche basse perdite, standard, alta efficienza e così via, i molti tipi di scelta di priorità di lavorazione.
5.Conclusion
Il nuovo materiale per elettrodi in grafite merita di essere promosso con vigore e i suoi vantaggi saranno gradualmente riconosciuti e accettati dall'industria nazionale produttrice di stampi.
La corretta selezione dei materiali degli elettrodi di grafite e il miglioramento dei relativi collegamenti tecnologici apporteranno elevata efficienza, elevata qualità e bassi costi alle imprese produttrici di stampi
Data di pubblicazione: 04-12-2020