Elektroda grafitowa czy elektroda miedziana KTÓRA JEST LEPSZA I DLACZEGO?

Transkrypt

1 Elektroda grafitowa czy elektroda miedziana KTÓRA JEST LEPSZA I DLACZEGO?

2 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 Stal nierdzewna Aluminium Tytan Węgliki Miedź 1500ºC 1500ºC 625ºC 1650ºC 3300ºC 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. Dobór 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!

3 Grafit EDM: 12k *C Gr Brak reakcji 3600ºC Cu Miedź Topnienie 1100 C 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.

4 Gr Gr Gr Gr Gr 5 dm³ grafitu 1 dm³ miedzi Cu 1 dm³ grafitu 140 PLN 1 kg miedzi 42 PLN * 8,9 ( gęstość ) kg/dm 373,8 PLN 1 dm³ miedzi 373,8 PLN 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 szerokość) z bardzo wysoką dokładnością. Wykonanie: 35 min miedź 22 min grafit oszczędność 13 minut

5 Wykonanie: 28 min miedź 15 min grafit - oszczędność 13 minut Wykonanie: 124 min miedź - 52 min grafit oszczędność 72 minuty 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.

6 Porównanie Grafit Miedź Przew. elektr (μωm) ,7-2 Gęstość (kg/dm3 ) 1,7-1,9 8,8-9 CTE (10-6 / C) Temp.topnienia ( C ) Przew. cieplna (W/mK) Powyżej porównanie 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

7 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 WYRÓŻNIĆ CZTERY TYPY ZÓŻYCIA 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 warunków proces erozji jest stabilny.

8 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

9 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. Grafity Poco i powierzchnie podrążeniu Grafit VDI Ra EDM ,2-1,12 EDM-1, ,6-0,56 EDM-AF ,8-0,4

10 POCO 1 micron POCO 5 micron IV. KOSZTY PRODUKCJI Koszt grafitu: 1 dm³ 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,

11 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

12 - uchwyty Erowa - frezowanie - presetting - drążenie Gdy zastosujemy grafit na elektrodę możemy zredukować ilość elektrod do 17 szt. 77 elektrod miedzianych 17 elektrod grafitowych

13 Do presettu jest tylko 17,a nie jak wcześniej 77 elektrod. Miedź Grafit Operacje Ilość godz Cena za Koszt dla godz 77 elektrod Ilość godz Cena za godz Koszt dla 17 elektrod Operacje CAD CAM Przygotowanie Kształtek Frezowanie Frezy Presetting , Drążenie 58, , Uchwyty Erowa Materiał , Suma Powyższa tabela dokładnie obrazuje całość kosztów, podczas produkcji formy. Stosując grafit jesteśmy w stanie obniżyć koszty o połowę.

14 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 RÓWNIEŻ OD UZIARNIENIA GRAFITU, MOŻLIWE JEST UZYSKANIE WIĘKSZEJ SZYBKOŚCI USUWANIA METALU PRZY AKCEPTOWALNYM ZUŻYCIU ELEKTRODY. SZYBKOŚĆ USUWANIA METALU JEST JEST MIARĄ ILOŚCI MATERIAŁU, KTÓRY 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. PRZYSZŁOŚĆ TO GRAFIT W razie jakichkolwiek pytań bądź wątpliwości zawsze do Państwa dyspozycji. Przedstawiciele Zapraszamy do współpracy! naszej firmy są