Aplicação de eletrodo de grafite na fabricação de matrizes Usinagem por descarga elétrica

1. Características de EDM de materiais de grafite.

1.1.Velocidade de usinagem de descarga.

O grafite é um material não metálico com ponto de fusão muito alto, de 3.650 °C, enquanto o cobre tem ponto de fusão de 1.083 °C, portanto o eletrodo de grafite pode suportar condições de ajuste de corrente maiores.
Quando a área de descarga e a escala do tamanho do eletrodo são maiores, as vantagens da usinagem de desbaste de alta eficiência do material de grafite são mais óbvias.
A condutividade térmica da grafite é 1/3 da do cobre, e o calor gerado durante o processo de descarga pode ser usado para remover materiais metálicos com mais eficiência. Portanto, a eficiência de processamento da grafite é maior do que a do eletrodo de cobre em processamentos médios e finos.
De acordo com a experiência de processamento, a velocidade de processamento de descarga do eletrodo de grafite é 1,5 a 2 vezes mais rápida que a do eletrodo de cobre sob as condições corretas de uso.

1.2.Consumo de eletrodos.

O eletrodo de grafite tem a característica de suportar condições de alta corrente, além disso, sob a condição de configuração de desbaste adequada, incluindo peças de aço carbono produzidas durante a usinagem, remoção de conteúdo e fluido de trabalho em decomposição de partículas de carbono em alta temperatura, o efeito de polaridade, sob a ação de remoção parcial de conteúdo, as partículas de carbono irão aderir à superfície do eletrodo para formar uma camada protetora, garantindo ao eletrodo de grafite pequena perda na usinagem de desbaste, ou até mesmo "desperdício zero".
A principal perda de eletrodo na eletroerosão advém da usinagem de desbaste. Embora a taxa de perda seja alta nas condições de ajuste de acabamento, a perda geral também é baixa devido à pequena margem de usinagem reservada para as peças.
Em geral, a perda do eletrodo de grafite é menor do que a do eletrodo de cobre na usinagem de desbaste com alta corrente e ligeiramente maior do que a do eletrodo de cobre na usinagem de acabamento. A perda do eletrodo de grafite é semelhante.

1.3.A qualidade da superfície.

O diâmetro das partículas de grafite afeta diretamente a rugosidade da superfície da eletroerosão. Quanto menor o diâmetro, menor a rugosidade da superfície obtida.
Há alguns anos, usando material de grafite com partículas de 5 mícrons de diâmetro, a melhor superfície só conseguia atingir VDI18 edm (Ra0,8 mícrons); atualmente, o diâmetro de grão dos materiais de grafite consegue atingir 3 mícrons de phi; a melhor superfície consegue atingir VDI12 edm estável (Ra0,4 mícrons) ou um nível mais sofisticado, mas o eletrodo de grafite consegue espelhar edm.
O material de cobre possui baixa resistividade e estrutura compacta, podendo ser processado de forma estável em condições adversas. A rugosidade da superfície pode ser inferior a Ra0,1 m e pode ser processado por espelho.

Portanto, se a usinagem por descarga busca uma superfície extremamente fina, é mais adequado usar material de cobre como eletrodo, o que é a principal vantagem do eletrodo de cobre sobre o eletrodo de grafite.
Mas o eletrodo de cobre, sob a condição de grande ajuste de corrente, a superfície do eletrodo é fácil de se tornar áspera, até mesmo aparecer rachaduras, e os materiais de grafite não teriam esse problema, o requisito de rugosidade da superfície para VDI26 (Ra2.0 mícrons) sobre o processamento do molde, usando um eletrodo de grafite pode ser feito do processamento grosso ao fino, percebe o efeito de superfície uniforme, os defeitos da superfície.
Além disso, devido às diferentes estruturas de grafite e cobre, o ponto de corrosão da descarga superficial do eletrodo de grafite é mais regular do que o do eletrodo de cobre. Portanto, quando a mesma rugosidade superficial de VDI20 ou superior é processada, a granularidade da superfície da peça processada pelo eletrodo de grafite é mais distinta, e esse efeito superficial dos grãos é melhor do que o efeito superficial de descarga do eletrodo de cobre.

1.4.A precisão da usinagem.

O coeficiente de expansão térmica do material de grafite é pequeno, o coeficiente de expansão térmica do material de cobre é 4 vezes maior que o do material de grafite, portanto, no processamento de descarga, o eletrodo de grafite é menos propenso à deformação do que o eletrodo de cobre, o que pode obter precisão de processamento mais estável e confiável.
Especialmente quando nervuras profundas e estreitas são processadas, a alta temperatura local faz com que o eletrodo de cobre dobre facilmente, mas o eletrodo de grafite não.
Para eletrodos de cobre com uma grande relação profundidade-diâmetro, um certo valor de expansão térmica deve ser compensado para corrigir o tamanho durante a configuração de usinagem, enquanto o eletrodo de grafite não é necessário.

1.5.Peso do eletrodo.

O material de grafite é menos denso que o cobre, e o peso do eletrodo de grafite do mesmo volume é apenas 1/5 do peso do eletrodo de cobre.
Pode-se observar que o uso de grafite é muito adequado para eletrodos de grande volume, o que reduz significativamente a carga sobre o fuso de máquinas-ferramentas de eletroerosão. O eletrodo não causará inconvenientes na fixação devido ao seu alto peso e produzirá deflexão e deslocamento durante o processamento, etc. Observa-se que o uso de eletrodos de grafite é de grande importância no processamento de moldes em larga escala.

1.6.Dificuldade de fabricação do eletrodo.

O desempenho de usinagem do material de grafite é bom. A resistência ao corte é de apenas 1/4 da do cobre. Sob as condições corretas de processamento, a eficiência de fresamento do eletrodo de grafite é de 2 a 3 vezes maior que a do eletrodo de cobre.
O eletrodo de grafite é fácil de limpar o ângulo e pode ser usado para processar a peça de trabalho que deve ser finalizada por vários eletrodos em um único eletrodo.
A estrutura exclusiva de partículas do material de grafite evita a formação de rebarbas após a fresagem e conformação do eletrodo, o que pode atender diretamente aos requisitos de uso quando as rebarbas não são facilmente removidas na modelagem complexa, eliminando assim o processo de polimento manual do eletrodo e evitando a alteração de forma e erro de tamanho causados ​​pelo polimento.

É importante ressaltar que, como o grafite acumula poeira, a moagem de grafite produzirá muita poeira, portanto, a fresadora deve ter uma vedação e um dispositivo de coleta de poeira.
Se for necessário usar edM para processar eletrodo de grafite, seu desempenho de processamento não será tão bom quanto o do material de cobre, a velocidade de corte será cerca de 40% mais lenta que a do cobre.

1.7.Instalação e uso do eletrodo.

O material de grafite possui boas propriedades de ligação. Ele pode ser usado para unir o grafite ao dispositivo por meio da fresagem do eletrodo e da descarga, o que pode economizar o procedimento de usinagem do furo do parafuso no material do eletrodo e o tempo de trabalho.
O material de grafite é relativamente quebradiço, especialmente o eletrodo pequeno, estreito e longo, que é fácil de quebrar quando submetido a força externa durante o uso, mas é possível saber imediatamente que o eletrodo foi danificado.
Se for um eletrodo de cobre, ele apenas entortará e não quebrará, o que é muito perigoso e difícil de encontrar durante o uso, além de levar facilmente ao descarte da peça de trabalho.

1.8.Preço.

O material de cobre é um recurso não renovável, a tendência de preço se tornará cada vez mais cara, enquanto o preço do material de grafite tende a se estabilizar.
O preço do material de cobre aumentou nos últimos anos, os principais fabricantes de grafite melhoraram o processo na produção de grafite, obtendo vantagem competitiva, agora, sob o mesmo volume, a generalidade do preço do material do eletrodo de grafite e o preço dos materiais do eletrodo de cobre são bastante, mas o grafite pode atingir um processamento eficiente, do que o uso do eletrodo de cobre para economizar um grande número de horas de trabalho, o equivalente a reduzir o custo de produção diretamente.

Para resumir, entre as 8 características edM do eletrodo de grafite, suas vantagens são óbvias: a eficiência do eletrodo de moagem e do processamento de descarga é significativamente melhor do que a do eletrodo de cobre; o eletrodo grande tem peso pequeno, boa estabilidade dimensional, o eletrodo fino não é fácil de deformar e a textura da superfície é melhor do que a do eletrodo de cobre.
A desvantagem do material de grafite é que ele não é adequado para processamento de descarga de superfície fina sob VDI12 (Ra0,4 m), e a eficiência do uso de edM para fazer eletrodos é baixa.
No entanto, do ponto de vista prático, uma das razões importantes que afetam a promoção efetiva de materiais de grafite na China é que uma máquina especial de processamento de grafite é necessária para a fresagem de eletrodos, o que impõe novos requisitos para equipamentos de processamento de empresas de moldes; algumas pequenas empresas podem não ter essa condição.
Em geral, as vantagens dos eletrodos de grafite abrangem a grande maioria das aplicações de processamento de eletroerosão a quente (EDM) e merecem ser popularizadas e aplicadas, com benefícios consideráveis ​​a longo prazo. A deficiência no processamento de superfícies finas pode ser compensada pelo uso de eletrodos de cobre.

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2. Seleção de materiais de eletrodo de grafite para eletroerosão

Para materiais de grafite, existem principalmente os quatro indicadores a seguir que determinam diretamente o desempenho dos materiais:

1) Diâmetro médio das partículas do material

O diâmetro médio das partículas do material afeta diretamente a condição de descarga do material.
Quanto menor for a partícula média do material de grafite, mais uniforme será a descarga, mais estável será a condição de descarga, melhor será a qualidade da superfície e menor será a perda.
Quanto maior o tamanho médio das partículas, melhor a taxa de remoção obtida na usinagem de desbaste, mas o efeito de superfície do acabamento é ruim e a perda do eletrodo é grande.

2) A resistência à flexão do material

A resistência à flexão de um material é um reflexo direto de sua resistência, indicando a firmeza de sua estrutura interna.
Materiais com alta resistência apresentam desempenho relativamente bom em termos de resistência à descarga. Para eletrodos de alta precisão, materiais com boa resistência devem ser selecionados, na medida do possível.

3) Dureza Shore do material

O grafite é mais duro que os materiais metálicos, e a perda da ferramenta de corte é maior que a do metal de corte.
Ao mesmo tempo, a alta dureza do material de grafite no controle de perdas de descarga é melhor.

4) A resistividade inerente do material

A taxa de descarga de material de grafite com alta resistividade inerente será mais lenta do que aquela com baixa resistividade.
Quanto maior a resistividade inerente, menor será a perda do eletrodo, mas quanto maior a resistividade inerente, a estabilidade da descarga será afetada.

Atualmente, há muitos tipos diferentes de grafite disponíveis dos principais fornecedores de grafite do mundo.
Geralmente, de acordo com o diâmetro médio de partícula dos materiais de grafite a serem classificados, o diâmetro de partícula ≤ 4 m é definido como grafite fino, partículas de 5 a 10 m são definidas como grafite médio, partículas de 10 m acima são definidas como grafite grosso.
Quanto menor o diâmetro da partícula, mais caro é o material e mais adequado o material de grafite pode ser selecionado de acordo com os requisitos e custos da EDM.

3. Fabricação de eletrodo de grafite

O eletrodo de grafite é feito principalmente por fresagem.
Do ponto de vista da tecnologia de processamento, grafite e cobre são dois materiais diferentes, e suas diferentes características de corte devem ser dominadas.
Se o eletrodo de grafite for processado pelo processo de eletrodo de cobre, inevitavelmente ocorrerão problemas, como fratura frequente da chapa, o que requer o uso de ferramentas de corte e parâmetros de corte apropriados.

Usinagem de eletrodo de grafite do que desgaste da ferramenta de eletrodo de cobre, na consideração econômica, a escolha da ferramenta de carboneto é a mais econômica, escolha a ferramenta de revestimento de diamante (chamada faca de grafite) o preço é mais caro, mas a ferramenta de revestimento de diamante tem longa vida útil, alta precisão de processamento, o benefício econômico geral é bom.
O tamanho do ângulo frontal da ferramenta também afeta sua vida útil. O ângulo frontal de 0° da ferramenta será até 50% maior que o ângulo frontal de 15° da vida útil da ferramenta. A estabilidade de corte também é melhor, mas quanto maior o ângulo, melhor será a superfície de usinagem. O uso do ângulo de 15° da ferramenta pode atingir a melhor superfície de usinagem.
A velocidade de corte na usinagem pode ser ajustada de acordo com o formato do eletrodo, geralmente 10 m/min, semelhante à usinagem de alumínio ou plástico, a ferramenta de corte pode ser colocada e retirada diretamente da peça de trabalho na usinagem de desbaste, e o fenômeno de colapso e fragmentação do ângulo é fácil de ocorrer na usinagem de acabamento, e o método de caminhada rápida com faca leve é ​​frequentemente adotado.

O eletrodo de grafite no processo de corte produzirá muita poeira. Para evitar a inalação de partículas de grafite no fuso e no parafuso da máquina, existem duas soluções principais no momento: uma é usar uma máquina especial de processamento de grafite e a outra é a reforma do centro de processamento comum, equipado com um dispositivo especial de coleta de poeira.
A máquina de fresagem especial de grafite de alta velocidade no mercado tem alta eficiência de fresagem e pode facilmente concluir a fabricação de eletrodos complexos com alta precisão e boa qualidade de superfície.

Se for necessário EDM para fazer um eletrodo de grafite, é recomendável usar um material de grafite fino com um diâmetro de partícula menor.
O desempenho de usinagem do grafite é ruim. Quanto menor o diâmetro da partícula, maior a eficiência de corte, e problemas anormais como quebra frequente do fio e franjas na superfície podem ser evitados.

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4. Parâmetros EDM do eletrodo de grafite

A seleção de parâmetros de EDM de grafite e cobre é bem diferente.
Os parâmetros do EDM incluem principalmente corrente, largura de pulso, intervalo de pulso e polaridade.
A seguir descrevemos a base para o uso racional desses principais parâmetros.

A densidade de corrente do eletrodo de grafite é geralmente de 10 a 12 A/cm², muito maior que a do eletrodo de cobre. Portanto, dentro da faixa de corrente permitida na área correspondente, quanto maior a corrente selecionada, maior será a velocidade de processamento da descarga de grafite, menor será a perda no eletrodo, mas a rugosidade da superfície será mais espessa.

Quanto maior for a largura do pulso, menor será a perda do eletrodo.
Entretanto, uma largura de pulso maior tornará a estabilidade do processamento pior, a velocidade de processamento mais lenta e a superfície mais áspera.
Para garantir baixa perda de eletrodo durante a usinagem de desbaste, geralmente é usada uma largura de pulso relativamente grande, o que pode efetivamente realizar uma usinagem de baixa perda de eletrodo de grafite quando o valor estiver entre 100 e 300 US.
Para obter uma superfície fina e um efeito de descarga estável, deve-se escolher uma largura de pulso menor.
Em geral, a largura de pulso do eletrodo de grafite é cerca de 40% menor que a do eletrodo de cobre

A folga de pulso afeta principalmente a velocidade de usinagem de descarga e a estabilidade da usinagem. Quanto maior o valor, melhor será a estabilidade da usinagem, o que é útil para obter melhor uniformidade da superfície, mas a velocidade de usinagem será reduzida.
Sob a condição de garantir a estabilidade do processamento, maior eficiência de processamento pode ser obtida escolhendo uma lacuna de pulso menor, mas quando o estado de descarga é instável, maior eficiência de processamento pode ser obtida escolhendo uma lacuna de pulso maior.
Na usinagem de descarga de eletrodo de grafite, a distância entre pulsos e a largura de pulso são geralmente definidas em 1:1, enquanto na usinagem de eletrodo de cobre, a distância entre pulsos e a largura de pulso são geralmente definidas em 1:3.
No processamento de grafite estável, a proporção de correspondência entre a lacuna de pulso e a largura de pulso pode ser ajustada para 2:3.
No caso de pequena folga de pulso, é benéfico formar uma camada de cobertura na superfície do eletrodo, o que ajuda a reduzir a perda do eletrodo.

A seleção de polaridade do eletrodo de grafite em EDM é basicamente a mesma que a do eletrodo de cobre.
De acordo com o efeito de polaridade do EDM, a usinagem de polaridade positiva é geralmente usada na usinagem de aço de matriz, ou seja, o eletrodo é conectado ao polo positivo da fonte de alimentação, e a peça de trabalho é conectada ao polo negativo da fonte de alimentação.
Utilizando corrente e largura de pulso elevadas, a usinagem com polaridade positiva pode alcançar perdas de eletrodo extremamente baixas. Se a polaridade estiver incorreta, a perda de eletrodo será muito grande.
Somente quando a superfície precisa ser finamente processada em menos de VDI18 (Ra0,8 m) e a largura do pulso é muito pequena, o processamento de polaridade negativa é usado para obter melhor qualidade de superfície, mas a perda do eletrodo é grande.

Agora, as máquinas-ferramentas CNC edM são equipadas com parâmetros de usinagem de descarga de grafite.
O uso de parâmetros elétricos é inteligente e pode ser gerado automaticamente pelo sistema especialista da máquina-ferramenta.
Geralmente, a máquina pode configurar os parâmetros de processamento otimizados selecionando o par de materiais, o tipo de aplicação, o valor da rugosidade da superfície e inserindo a área de processamento, a profundidade de processamento, a escala do tamanho do eletrodo, etc. Durante a programação.
Conjunto para eletrodo de grafite de biblioteca de máquina-ferramenta EDM com parâmetros de processamento ricos, o tipo de material pode ser escolhido entre grafite grosso, grafite, grafite corresponde a uma variedade de materiais de peça de trabalho, para subdividir o tipo de aplicação para padrão, sulco profundo, ponta afiada, grande área, grande cavidade, como fino, também fornece baixa perda, padrão, alta eficiência e assim por diante, os muitos tipos de escolha de prioridade de processamento.

5.Conclusão

O novo material de eletrodo de grafite merece ser popularizado vigorosamente e suas vantagens serão gradualmente reconhecidas e aceitas pela indústria nacional de fabricação de moldes.
A seleção correta de materiais de eletrodo de grafite e a melhoria dos vínculos tecnológicos relacionados trarão alta eficiência, alta qualidade e baixo custo para as empresas de fabricação de moldes.


Horário da publicação: 04/12/2020