Elektrody i materiały EDM

Elektroda grafitowa czy elektroda miedziana

KTÓRA JEST LEPSZA I DLACZEGO?

Materiały na elektrodę do drążenia:

- miedź,

- grafit,

- miedziowolfram,

- grafit impregnowany miedzią

 

Czynniki wpływające na dobór materiału na elektrodę:

1. Rodzaj materiału poddanego obróbce EDM i jego temperatura topnienia

2. Kształt i wielkość elektrody, obrabialność

3. Parametry obróbki:

- szybkość drążenia,

- zużycie elektrody,

- powierzchnia po drążeniu

4. Koszt produkcji

I. RODZAJ MATERIAŁU PODDANEGO OBRÓBCE EDM I JEGO

TEMPERATURA TOPNIENIA

Stal narzędziowa 1500oC

Stal nierdzewna 1500oC

Aluminium 625oC

Tytan 1650oC

Węgliki 3300oC

Miedź 1100oC

Bardzo istotnym czynnikiem podczas procesu EDM jest temperatura topnienia materiału,

który poddajemy obróbce. Wyższa temperatura topnienia materiału powoduje, że obróbka

EDM tego materiału powinna odbywać się przy wysokich częstotliwościach aby szybko

drążyć, ma to jednak wpływ na większe zużycie elektrody. Dlatego też duże problemy

spotykamy przy obróbce np. węglików czy Ampco. Dobor odpowiedniego gatunku grafitu

daje gwarancję zmaksymalizowania szybkości usuwania metalu i zminimalizowania zużycia

elektrody. Stopy o wysokich temperaturach topnienia poleca się drążyć grafitem

impregnowanym miedzią.

Grafit gwarantuje Państwu stabilność elektrody!

Miedź pod wpływem temperatury rozszerza się (puchnie), może się również podtapiać, co

ma bardzo duży wpływ na jakość elektrody, jej dokładność i kształt.

Są elektrody, których nie da się wykonać z miedzi:

Grafit z uwagi na wysoką wytrzymałość na zginanie stwarza możliwości wykonania elektrod

o skomplikowanych kształtach. W porównaniu z miedzią wytrzymałość na zginanie grafitu

jest przynajmniej 10% większa.

Elektroda grafitowa może być frezowana do wymiarów dużo cieńszych niż miedziana bez

odkształceń i uszkodzeń!

Podczas obróbki elektrody miedzianej wytwarza się ciepło, co utrudnia zachowanie

dokładnych wymiarów elektrody.

II. KSZTAŁT I WIELKOŚĆ ELEKTRODY, OBRABIALNOŚĆ

Ze względu na swoje metaliczne właściwości obróbka miedzi może trwać nawet 3 razy dłużej

niż obróbka grafitu. Czas obróbki będzie również zależeć od pożądanego kształtu elektrody.

Miedź używana na elektrody głębokich żeber może również nie być wystarczająco

wytrzymała na nacisk narzędzi, co może spowodować deformacje i błędy w wymiarach.

Prędkości obrotowe i posuwowe podczas frezowania grafitu mogą być dwa do trzech razy

szybsze niż w przypadku miedzi. Grafit posiada również wewnętrzną sprężystość,

wewnętrzną wytrzymałość, co powoduje że podczas obróbki nastąpi nacisk na pewien

obszar obrabiany, a po ustąpieniu siły kształt powraca do poprzedniej pozycji. Jest to

decydujący czynnik przy wykonywaniu żeber. Grafity drobnoziarniste posiadają bardzo

wysoką odporność na zginanie co znaczy że mogą być obrabiane na bardzo małe rozmiary

(0.5mm lub 0.020” szerokość) z bardzo wysoką dokładnością.

Uważa się, że obróbka grafitu może trwać nawet 3 razy szybciej niż obróbka miedzi, przy

bardzo małym zużyciu frezu. Istotne jest również, iż frez nie grzeje się tak bardzo przy

obróbce grafitu jak to jest w przypadku miedzi, ze względu na jej strukturę metaliczną która

powoduje tarcie i może powodować większe zużycie narzędzi. Należy zauważyć, że grafity

drobnoziarniste mogą również powodować zużycie narzędzi.

Powyżej porownanie właściwości grafitu i miedzi, duże znaczenie ma gęstość – grafit jest 5

razy lżejszy od miedzi, kolejnym ważnym parametrem jest rozszerzalność cieplna CTE,

deformacja elektrody grafitowej pod wpływem ciepła będzie dużo mniejsza niż miedzianej.

 

III. PARAMETRY OBRÓBKI

szybkość drążenia

zużycie elektrody

powierzchnia po drążeniu

 

SZYBKOŚĆ USUWANIA METALU (MRR)

 

Elektroda wykonana z grafitu może przepuścić większe natężenie prądu, a co za tym idzie

spowoduje dłuższy czas erozji w porównaniu do elektrody wykonanej z miedzi czego

konsekwencją będzie usunięcie większej ilości metalu. Grafitu używa się najczęściej jako

pozytywnie naładowanej elektrody, co powoduje lepsze i stabilniejsze warunki przeskoku

iskry. Miedź może być również użyta w polaryzacji pozytywnej i z dużą szybkością usuwać

metal, ale takie ustawienie powoduje bardzo duży wzrost zużycia elektrody.

 

Miedź charakteryzuje się wysoką przewodnością cieplną. W przypadku gdy przez elektrodę

przepływa prąd o wysokim natężeniu wytwarza się duża ilość ciepła, ze względu na to opór elektryczny rośnie co znaczy, że większość energii która powinna generować przeskok iskry

zmienia się w ciepło wewnątrz elektrody. Natomiast grafit ze względu na niższą wartość

przewodności cieplnej będzie ulegał erozji w wyższych temperaturach w porównaniu do

miedzi, która staje się niestabilna i topi się w temperaturze 1100°C. Zaletą elektrody

grafitowej w porównaniu do miedzianej jest to, iż pracuje w stabilnych i wydajnych

warunkach przy wyższych wartościach prądu. Elektroda grafitowa może usuwać zgrubnie

metal dwa razy szybciej niż taka sama elektroda miedziana.

Rozważmy przypadek gdy mamy porównać szybkość usuwania metalu przy pomocy

elektrody z grafitu i miedzi; powierzchnia do usunięcia 25mm x 25mm w głąb 20mm Dla HI3

lub odpowiednika stali narzędziowej. Typowym zadaniem będzie drążenie od wartości 44VDI

do 27VDI podczas obróbki zgrubnej (patrz tabela Nr 1 i wykres 1.2).

Te zestawienia pokazują stosunek szybkości usuwania metalu MRR do jakości uzyskiwanej

powierzchni VDI.

Grafit może usuwać metal dwukrotnie szybciej niż miedź przy wyższych ustawieniach prądu.

Zauważmy, że czas erozji potrzebny do zgrubnego usunięcia (12500MM3) metalu wynosi:

 

Miedź = 36 MINUT 45 SEK (41 VDI) 340MM3/MIN

Isem 7 GRAFIT = 16 MINUT 35 SEK (41 VDI) 750MM3/MIN

 

Powyższy test pokazuje, że używając grafitu gruboziarnistego przy wyższych wartościach

prądu możemy uzyskać większą szybkość usuwania metalu MMR. Maksymalna szybkość

usuwania metalu uzyskana podczas stosowania elektrody miedzianej to 340 MM3/MIN,

stosując grafit Isem-7 szybkość usuwania metalu wyniosła 750 MM3/MIN, dla obu elektrod

obróbka zgrubna spowodowała zużycie mniejsze niż 1% zużycia objętościowego.

ZUŻYCIE ELEKTRODY

 

MOŻNA WYROŻNIĆ CZTERY TYPY ZOŻYCIA ELEKTROBY:

A/ OBJĘTOŚCIOWE = całkowity obszar zużycia mierzony jako wartość procentowa zużycia

do całkowitej masy elektrody.

B/ KRAŃCOWE ŻUŻYCIE = zużycie na frontowej powierzchni elektrody.

C/ ZUŻYCIE BOCZNE = zużycie na bocznej powierzchni elektrody

D/ NAROŻNE ZUŻYCIE = zużycie powierzchni naroży elektrody. Ta wartość jest najbardziej

znacząca i określa odporność elektrody na zużycie.

 

Grafit ze względu a swoją strukturę ma bardzo dobrą całkowitą odporność na zużycie przy

wyższych ustawieniach prądu. Grafit będzie pracował dużo lepiej niż miedź przy ustawieniu

prądu na wysokim poziomie i przy wysokich temperaturach, pomimo tych warunkow proces

erozji jest stabilny.

 

Grafit o małym ziarnie daje zużycie porównywalne z miedzią przy niższych wartościach

prądu ma to miejsce w przypadku gdy chcemy uzyskać wysoką jakość powierzchni po

drążeniu.

Ze względu na strukturę drobnoziarnistą grafitu w przypadku obróbki wykańczającej przy

niskich ustawieniach prądu, zużycie elektrody grafitowej będzie większe, natomiast przy

wysokim prądzie będzie ono niskie a szybkość usuwania metalu wysoka.

Na poniższych fotografiach przedstawiono wyniku testu drążenia elektrodami wykonanymi z

TTK4 i miedzi na głębokość 6mm x 25mm x 25mm.

Wyniki testu pokazują, że elektroda miedziana zużywa się w dużo większym stopniu w

porównaniu do grafitu. W przypadku miedzi zużycie narożne jest bardzo duże.

POWIERZCHNIA PO DRĄŻENIU

 

Miedź z uwagi na swoją strukturę metaliczną, nie posiada porowatości, co powoduje że

używając jej jako elektrody możemy uzyskać powierzchnie po drążeniu wysokiej jakości przy

stosunkowo niskich wartościach prądu. Wartość zużycia może być utrzymana na

minimalnym poziomie stosując wysokie wartości napięcia, najczęściej 45/65 Ua/Min (w

zależności od generatora i jego wydajności) i z niską wartością ON-TIME co powoduje

stabilność procesu ale zmniejsza szybkość usuwania metalu MMR.

Ze względu na fakt, że grafit jest zbudowany z małych ziaren i posiada małą wartość

porowatości (zależnej od wielkości ziarna) powoduje zwiększenie oporności elektrycznej w

porównaniu z miedzią.

IV. KOSZTY PRODUKCJI

Koszt grafitu:

1 dm 3 grafitu – 140 PLN

1 kg miedzi 42 PLN * 8,9 ( gęstość ) kg/dm – 373,8 PLN

1 dm3 miedzi – 373,8 PLN

 

Prześledźmy proces produkcji formy na telefon komórkowy

Potrzebujemy :

77 elektrod miedzianych,

które po frezowaniu trzeba ręcznie przygotować.

Kolejna czynność to presetting 77 elektrod.

Należy pamiętać również o wszystkich czynnościach dla 77 elektrod miedzianych:

- konstrukcja elektrod

- programowanie CAM

- docinanie materiału dla elektrod

- uchwyty Erowa

- frezowanie

- presetting

77 elektrod miedzianych 17 elektrod grafitowych

Powyższa tabela dokładnie obrazuje całość kosztów, podczas produkcji formy.

Stosując grafit jesteśmy w stanie obniżyć koszty o połowę.

 

Jedyną zaletą obróbki miedzi nad grafitem jest fakt, że podczas obróbki grafitu

wytwarza się dużo pyłu, przy obróbce miedzi ze względu na jej metaliczną strukturę tworzą się wióry. Rozwiązaniem tego problemu jest dobry system odpylający,

maszyna do grafitu lub zakup gotowych elektrod grafitowych w Grafco .

Aby wybór gatunku grafitu był właściwy, zastanów się na jakim parametrze zależy ci

najbardziej!

 

Szybkość drążenia!

W ZALEŻNOŚCI OD WIELKOŚCI I GEOMETRII ELEKTROD, JAK ROWNIEŻ OD

UZIARNIENIA GRAFITU, MOŻLIWE JEST UZYSKANIE WIĘKSZEJ SZYBKOŚCI

USUWANIA METALU PRZY AKCEPTOWALNYM ZUŻYCIU ELEKTRODY.

SZYBKOŚĆ USUWANIA METALU JEST JEST MIARĄ ILOŚCI MATERIAŁU,

KTORY MOŻE BYĆ USUNIĘTY W JEDNOSTCE CZASU.

Wykończenie powierzchni!

POZIOM WYKOŃCZENIA POWIERZCHNI ZALEŻY OD WIELKOŚCI ZIARNA I

GĘSTOŚCI MATARIAŁU, JAKOŚĆ WYKOŃCZONEJ POWIERZCHNI TO

LUSTRZANE ODBICIE STRUKTURY MATERIAŁU.

Zużycie elektrody!

STOSUJĄC ODPOWIEDNI ROZMIAR ZIARNA PRZY OPTYMALNYCH

USTAWIENIACH DRĄŻARKI MOŻEMY ZMINIMALIZOWAĆ ZUŻYCIE

ELEKTRODY.

 

Grafco oferuje bezpłatne szkolenia w zakresie odpowiedniego ustawienia drążarki.

Analizując wszystkie powyższe punkty oraz wielkość i kształt elektrody możemy

właściwie dobrać gatunek grafitu tak aby zoptymalizować przebieg procesu EDM, a

tym samym zaoszczędzić pieniądze.

 

86-050 Solec Kujawski

ul. Ogrodowa 1C

NIP 953-213-38-70 REGON 093121961

telefony 508-056-438 , 509-129-746

www.grafco.com.pl e-mail biuro@grafco.com.pl

tel / fax 52-387-36-38