1.Đặc điểm EDM của vật liệu graphite.
1.1.Tốc độ gia công xả.
Than chì là vật liệu phi kim loại có nhiệt độ nóng chảy rất cao là 3.650°C, trong khi đồng có nhiệt độ nóng chảy là 1.083°C, do đó điện cực than chì có thể chịu được điều kiện cài đặt dòng điện lớn hơn.
Khi diện tích xả và quy mô kích thước điện cực lớn hơn, ưu điểm của gia công thô hiệu suất cao vật liệu graphite càng rõ ràng hơn.
Độ dẫn nhiệt của than chì bằng 1/3 độ dẫn nhiệt của đồng, nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình xả có thể dùng để loại bỏ vật liệu kim loại hiệu quả hơn. Do đó, hiệu suất gia công của than chì cao hơn điện cực đồng trong quá trình gia công vừa và tinh.
Theo kinh nghiệm xử lý, tốc độ xử lý phóng điện của điện cực than chì nhanh hơn điện cực đồng từ 1,5~2 lần trong điều kiện sử dụng phù hợp.
1.2.Tiêu thụ điện cực.
Điện cực graphite có đặc tính có thể chịu được điều kiện dòng điện cao, ngoài ra, trong điều kiện thiết lập thô thích hợp, bao gồm các phôi thép cacbon được tạo ra trong quá trình gia công loại bỏ hàm lượng và chất lỏng làm việc ở nhiệt độ cao phân hủy các hạt cacbon, hiệu ứng phân cực, dưới tác động loại bỏ một phần hàm lượng, các hạt cacbon sẽ bám vào bề mặt điện cực để tạo thành một lớp bảo vệ, đảm bảo điện cực graphite ít bị mất mát trong gia công thô, hoặc thậm chí là "không lãng phí".
Tổn thất điện cực chính trong EDM xuất phát từ gia công thô. Mặc dù tỷ lệ tổn thất cao trong điều kiện thiết lập hoàn thiện, tổn thất chung cũng thấp do dung sai gia công nhỏ dành cho các bộ phận.
Nhìn chung, tổn thất điện cực graphite ít hơn điện cực đồng trong gia công thô dòng điện lớn và nhiều hơn một chút so với điện cực đồng trong gia công tinh. Tổn thất điện cực graphite cũng tương tự.
1.3.Chất lượng bề mặt.
Đường kính hạt vật liệu graphite ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt của EDM. Đường kính càng nhỏ thì độ nhám bề mặt có thể đạt được càng thấp.
Một vài năm trước, sử dụng vật liệu graphite có đường kính hạt phi 5 micron, bề mặt tốt nhất chỉ có thể đạt được VDI18 edm (Ra0,8 micron), ngày nay đường kính hạt của vật liệu graphite đã có thể đạt được trong vòng 3 micron phi, bề mặt tốt nhất có thể đạt được VDI12 edm ổn định (Ra0,4 mu m) hoặc mức độ phức tạp hơn, nhưng điện cực graphite để phản chiếu edm.
Vật liệu đồng có điện trở suất thấp và cấu trúc nhỏ gọn, có thể gia công ổn định trong điều kiện khó khăn, độ nhám bề mặt có thể nhỏ hơn Ra0,1 m, có thể gia công bằng gương.
Do đó, nếu gia công xả theo đuổi bề mặt cực kỳ mịn thì việc sử dụng vật liệu đồng làm điện cực sẽ phù hợp hơn, đây là ưu điểm chính của điện cực đồng so với điện cực than chì.
Nhưng điện cực đồng trong điều kiện cài đặt dòng điện lớn, bề mặt điện cực dễ trở nên thô ráp, thậm chí xuất hiện vết nứt, và vật liệu than chì sẽ không gặp vấn đề này, yêu cầu về độ nhám bề mặt đối với VDI26 (Ra2.0 micron) về gia công khuôn, sử dụng điện cực than chì có thể thực hiện từ gia công thô đến gia công tinh, nhận ra hiệu ứng bề mặt đồng đều, các khuyết tật bề mặt.
Ngoài ra, do cấu trúc khác nhau của than chì và đồng, điểm ăn mòn phóng điện bề mặt của điện cực than chì đều đặn hơn điện cực đồng. Do đó, khi độ nhám bề mặt tương tự của VDI20 trở lên được xử lý, độ hạt bề mặt của phôi được xử lý bằng điện cực than chì rõ ràng hơn và hiệu ứng bề mặt hạt này tốt hơn hiệu ứng bề mặt phóng điện của điện cực đồng.
1.4. Độ chính xác gia công.
Hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu graphite nhỏ, hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu đồng gấp 4 lần vật liệu graphite, do đó trong quá trình xử lý phóng điện, điện cực graphite ít bị biến dạng hơn điện cực đồng, có thể đạt được độ chính xác xử lý ổn định và đáng tin cậy hơn.
Đặc biệt khi gia công gân sâu và hẹp, nhiệt độ cao tại chỗ làm điện cực đồng dễ bị uốn cong, nhưng điện cực than chì thì không.
Đối với điện cực đồng có tỷ lệ độ sâu/đường kính lớn, cần phải bù một giá trị giãn nở nhiệt nhất định để hiệu chỉnh kích thước trong quá trình gia công, trong khi không yêu cầu điện cực graphite.
1.5.Trọng lượng điện cực.
Vật liệu than chì ít đặc hơn đồng và trọng lượng của điện cực than chì có cùng thể tích chỉ bằng 1/5 trọng lượng của điện cực đồng.
Có thể thấy rằng việc sử dụng than chì rất phù hợp với điện cực có thể tích lớn, làm giảm đáng kể tải trọng của trục chính máy công cụ EDM. Điện cực sẽ không gây bất tiện khi kẹp do trọng lượng lớn và sẽ tạo ra sự dịch chuyển lệch trong quá trình gia công, v.v. Có thể thấy rằng việc sử dụng điện cực than chì trong quá trình gia công khuôn mẫu quy mô lớn có ý nghĩa rất lớn.
1.6. Khó khăn trong sản xuất điện cực.
Hiệu suất gia công của vật liệu graphite tốt. Độ bền cắt chỉ bằng 1/4 so với đồng. Trong điều kiện gia công chính xác, hiệu suất phay điện cực graphite gấp 2~3 lần so với điện cực đồng.
Điện cực than chì có góc cắt dễ dàng và có thể được sử dụng để gia công phôi cần hoàn thiện bằng nhiều điện cực thành một điện cực duy nhất.
Cấu trúc hạt độc đáo của vật liệu graphite ngăn ngừa hiện tượng gờ xuất hiện sau khi phay và tạo hình điện cực, có thể đáp ứng trực tiếp yêu cầu sử dụng khi gờ không dễ loại bỏ trong quá trình tạo hình phức tạp, do đó loại bỏ quá trình đánh bóng điện cực thủ công và tránh hiện tượng thay đổi hình dạng và lỗi kích thước do đánh bóng.
Cần lưu ý rằng, do than chì là vật liệu tích tụ bụi nên quá trình nghiền than chì sẽ tạo ra rất nhiều bụi, do đó máy nghiền phải có bộ phận làm kín và thu bụi.
Nếu cần sử dụng edM để gia công điện cực than chì thì hiệu suất gia công không tốt bằng vật liệu đồng, tốc độ cắt chậm hơn đồng khoảng 40%.
1.7.Lắp đặt và sử dụng điện cực.
Vật liệu than chì có tính liên kết tốt. Có thể dùng để liên kết than chì với vật cố định bằng cách phay điện cực và xả, có thể tiết kiệm quy trình gia công lỗ vít trên vật liệu điện cực và tiết kiệm thời gian làm việc.
Vật liệu graphite tương đối giòn, đặc biệt là điện cực nhỏ, hẹp và dài, dễ bị gãy khi chịu tác động lực bên ngoài trong quá trình sử dụng, nhưng có thể biết ngay là điện cực đã bị hỏng.
Nếu là điện cực đồng thì chỉ cong chứ không gãy, rất nguy hiểm và khó phát hiện trong quá trình sử dụng, dễ dẫn đến phế liệu của chi tiết gia công.
1.8.Giá cả.
Vật liệu đồng là nguồn tài nguyên không tái tạo, xu hướng giá sẽ ngày càng đắt đỏ, trong khi giá vật liệu than chì có xu hướng ổn định.
Giá vật liệu đồng tăng trong những năm gần đây, các nhà sản xuất than chì lớn cải tiến quy trình sản xuất than chì tạo ra lợi thế cạnh tranh, hiện nay, theo cùng một khối lượng, giá vật liệu điện cực than chì nói chung và giá vật liệu điện cực đồng khá, nhưng than chì có thể đạt được hiệu quả xử lý, hơn là sử dụng điện cực đồng để tiết kiệm một số lượng lớn giờ làm việc, tương đương với việc giảm chi phí sản xuất trực tiếp.
Tóm lại, trong 8 đặc điểm edM của điện cực graphite, ưu điểm của nó rất rõ ràng: hiệu quả phay điện cực và xử lý phóng điện tốt hơn đáng kể so với điện cực đồng; điện cực lớn có trọng lượng nhỏ, độ ổn định kích thước tốt, điện cực mỏng không dễ biến dạng và kết cấu bề mặt tốt hơn điện cực đồng.
Nhược điểm của vật liệu graphite là không thích hợp cho quá trình xử lý phóng điện bề mặt mịn dưới VDI12 (Ra0,4 m) và hiệu quả sử dụng edM để chế tạo điện cực thấp.
Tuy nhiên, xét về mặt thực tế, một trong những lý do quan trọng ảnh hưởng đến việc thúc đẩy hiệu quả vật liệu graphite tại Trung Quốc là cần có máy gia công graphite chuyên dụng để phay điện cực, điều này đặt ra những yêu cầu mới đối với thiết bị gia công của các doanh nghiệp khuôn mẫu, một số doanh nghiệp nhỏ có thể không có điều kiện này.
Nhìn chung, ưu điểm của điện cực graphite bao phủ phần lớn các trường hợp gia công edM, đáng được phổ biến và ứng dụng, với lợi ích lâu dài đáng kể. Sự thiếu hụt của gia công bề mặt mịn có thể được bù đắp bằng cách sử dụng điện cực đồng.
2. Lựa chọn vật liệu điện cực graphite cho EDM
Đối với vật liệu graphite, chủ yếu có bốn chỉ số sau đây quyết định trực tiếp đến hiệu suất của vật liệu:
1) Đường kính hạt trung bình của vật liệu
Đường kính hạt trung bình của vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến điều kiện xả của vật liệu.
Hạt vật liệu than chì trung bình càng nhỏ thì độ phóng điện càng đồng đều, điều kiện phóng điện càng ổn định, chất lượng bề mặt càng tốt và tổn thất càng ít.
Kích thước hạt trung bình càng lớn thì tốc độ loại bỏ khi gia công thô càng tốt, nhưng hiệu ứng bề mặt khi hoàn thiện kém và tổn thất điện cực lớn.
2) Độ bền uốn của vật liệu
Độ bền uốn của vật liệu phản ánh trực tiếp độ bền của vật liệu, biểu thị độ chặt chẽ của cấu trúc bên trong vật liệu.
Vật liệu có độ bền cao có hiệu suất chống phóng điện tương đối tốt. Đối với điện cực có độ chính xác cao, vật liệu có độ bền tốt nên được lựa chọn càng nhiều càng tốt.
3) Độ cứng bờ của vật liệu
Than chì cứng hơn vật liệu kim loại và tổn thất của dụng cụ cắt lớn hơn tổn thất của kim loại cắt.
Đồng thời, độ cứng cao của vật liệu graphite trong việc kiểm soát tổn thất phóng điện cũng tốt hơn.
4) Điện trở suất vốn có của vật liệu
Tốc độ phóng điện của vật liệu than chì có điện trở suất vốn có cao sẽ chậm hơn vật liệu có điện trở suất vốn có thấp.
Điện trở suất vốn có càng cao thì tổn thất điện cực càng nhỏ, nhưng điện trở suất vốn có càng cao thì độ ổn định của quá trình phóng điện sẽ bị ảnh hưởng.
Hiện nay, có nhiều loại than chì khác nhau được cung cấp từ các nhà cung cấp than chì hàng đầu thế giới.
Nói chung theo đường kính hạt trung bình của vật liệu than chì được phân loại, đường kính hạt ≤ 4 m được định nghĩa là than chì mịn, hạt trong 5 ~ 10 m được định nghĩa là than chì trung bình, hạt trong 10 m trở lên được định nghĩa là than chì thô.
Đường kính hạt càng nhỏ thì vật liệu càng đắt tiền, có thể lựa chọn vật liệu graphite phù hợp hơn theo yêu cầu và chi phí của EDM.
3. Chế tạo điện cực than chì
Điện cực than chì chủ yếu được chế tạo bằng phương pháp nghiền.
Xét về mặt công nghệ gia công, than chì và đồng là hai vật liệu khác nhau, cần nắm vững đặc tính cắt khác nhau của chúng.
Nếu điện cực than chì được xử lý theo quy trình điện cực đồng thì chắc chắn sẽ xảy ra vấn đề, chẳng hạn như tấm điện cực thường xuyên bị gãy, đòi hỏi phải sử dụng dụng cụ cắt và thông số cắt phù hợp.
Gia công điện cực than chì dễ bị mài mòn hơn so với dụng cụ điện cực đồng, xét về mặt kinh tế, việc lựa chọn dụng cụ cacbua là kinh tế nhất, lựa chọn dụng cụ phủ kim cương (gọi là dao phủ than chì) có giá đắt hơn, nhưng dụng cụ phủ kim cương có tuổi thọ cao, độ chính xác gia công cao, lợi ích kinh tế tổng thể là tốt.
Kích thước của Góc trước của dụng cụ cũng ảnh hưởng đến tuổi thọ của nó, Góc trước 0° của dụng cụ sẽ cao hơn tới 50% so với Góc trước 15° của tuổi thọ của dụng cụ, độ ổn định khi cắt cũng tốt hơn, nhưng Góc càng lớn thì bề mặt gia công càng tốt, sử dụng Góc 15° của dụng cụ có thể đạt được bề mặt gia công tốt nhất.
Tốc độ cắt trong gia công có thể được điều chỉnh theo hình dạng của điện cực, thường là 10m/phút, tương tự như gia công nhôm hoặc nhựa, dụng cụ cắt có thể trực tiếp gắn vào và tháo ra khỏi phôi khi gia công thô, và hiện tượng góc sụp đổ và phân mảnh dễ xảy ra trong gia công tinh, và cách di chuyển nhanh của dao nhẹ thường được áp dụng.
Điện cực than chì trong quá trình cắt sẽ tạo ra rất nhiều bụi, để tránh các hạt than chì hít vào trục chính và trục vít của máy, hiện nay có hai giải pháp chính, một là sử dụng máy gia công than chì chuyên dụng, hai là lắp lại trung tâm gia công thông thường, trang bị thiết bị thu bụi chuyên dụng.
Máy phay graphite tốc độ cao chuyên dụng trên thị trường có hiệu suất phay cao và có thể dễ dàng hoàn thiện việc sản xuất các điện cực phức tạp với độ chính xác cao và chất lượng bề mặt tốt.
Nếu cần EDM để chế tạo điện cực than chì, nên sử dụng vật liệu than chì mịn có đường kính hạt nhỏ hơn.
Hiệu suất gia công của than chì kém, đường kính hạt càng nhỏ thì hiệu suất cắt càng cao, có thể tránh được các vấn đề bất thường như đứt dây thường xuyên và rìa bề mặt.
4.Thông số EDM của điện cực graphite
Việc lựa chọn các thông số EDM của than chì và đồng khá khác nhau.
Các thông số của EDM chủ yếu bao gồm dòng điện, độ rộng xung, khoảng cách xung và cực tính.
Sau đây mô tả cơ sở cho việc sử dụng hợp lý các thông số chính này.
Mật độ dòng điện của điện cực than chì thường là 10~12 A/cm2, lớn hơn nhiều so với điện cực đồng. Do đó, trong phạm vi dòng điện cho phép trong khu vực tương ứng, dòng điện càng lớn thì tốc độ xử lý phóng điện than chì càng nhanh, tổn thất điện cực càng nhỏ, nhưng độ nhám bề mặt sẽ dày hơn.
Độ rộng xung càng lớn thì tổn thất điện cực sẽ càng thấp.
Tuy nhiên, độ rộng xung lớn hơn sẽ làm độ ổn định của quá trình xử lý kém hơn, tốc độ xử lý chậm hơn và bề mặt trở nên nhám hơn.
Để đảm bảo tổn thất điện cực thấp trong quá trình gia công thô, người ta thường sử dụng độ rộng xung tương đối lớn, có thể thực hiện hiệu quả gia công điện cực graphite với tổn thất thấp khi giá trị nằm trong khoảng từ 100 đến 300 US.
Để có được bề mặt mịn và hiệu ứng phóng điện ổn định, nên chọn độ rộng xung nhỏ hơn.
Nhìn chung, độ rộng xung của điện cực than chì nhỏ hơn khoảng 40% so với điện cực đồng
Khoảng cách xung chủ yếu ảnh hưởng đến tốc độ gia công xả và độ ổn định gia công. Giá trị càng lớn thì độ ổn định gia công càng tốt, có ích cho việc đạt được độ đồng đều bề mặt tốt hơn, nhưng tốc độ gia công sẽ giảm.
Trong điều kiện đảm bảo tính ổn định của quá trình xử lý, có thể đạt được hiệu suất xử lý cao hơn bằng cách chọn khoảng cách xung nhỏ hơn, nhưng khi trạng thái phóng điện không ổn định, có thể đạt được hiệu suất xử lý cao hơn bằng cách chọn khoảng cách xung lớn hơn.
Trong gia công bằng điện cực than chì, khoảng cách xung và độ rộng xung thường được đặt ở mức 1:1, trong khi trong gia công bằng điện cực đồng, khoảng cách xung và độ rộng xung thường được đặt ở mức 1:3.
Trong quá trình xử lý than chì ổn định, tỷ lệ khớp giữa khoảng cách xung và độ rộng xung có thể được điều chỉnh thành 2:3.
Trong trường hợp độ hở xung nhỏ, việc tạo một lớp phủ trên bề mặt điện cực sẽ có lợi, giúp giảm tổn thất điện cực.
Việc lựa chọn cực tính của điện cực than chì trong EDM về cơ bản giống với điện cực đồng.
Theo hiệu ứng phân cực của EDM, khi gia công thép khuôn thường sử dụng gia công phân cực dương, tức là điện cực được kết nối với cực dương của nguồn điện, phôi được kết nối với cực âm của nguồn điện.
Sử dụng dòng điện và độ rộng xung lớn, lựa chọn gia công cực dương có thể đạt được tổn thất điện cực cực thấp. Nếu cực tính sai, tổn thất điện cực sẽ trở nên rất lớn.
Chỉ khi bề mặt cần gia công mịn nhỏ hơn VDI18 (Ra0,8 m) và độ rộng xung rất nhỏ thì mới sử dụng phương pháp gia công phân cực âm để có được chất lượng bề mặt tốt hơn, nhưng tổn thất điện cực lớn.
Hiện nay, máy công cụ CNC edM được trang bị thông số gia công xả than chì.
Việc sử dụng các thông số điện là thông minh và có thể được tạo ra tự động bởi hệ thống chuyên gia của máy công cụ.
Nhìn chung, máy có thể cấu hình các thông số xử lý được tối ưu hóa bằng cách chọn cặp vật liệu, loại ứng dụng, giá trị độ nhám bề mặt và nhập vùng xử lý, độ sâu xử lý, tỷ lệ kích thước điện cực, v.v. trong quá trình lập trình.
Bộ điện cực graphite của máy công cụ EDM có thư viện thông số gia công phong phú, loại vật liệu có thể lựa chọn graphite thô, graphite, graphite tương ứng với nhiều loại vật liệu phôi, để phân chia loại ứng dụng cho tiêu chuẩn, rãnh sâu, đầu nhọn, diện tích lớn, khoang lớn, chẳng hạn như mịn, cũng cung cấp tổn thất thấp, tiêu chuẩn, hiệu quả cao, v.v. nhiều loại lựa chọn ưu tiên gia công.
5. Kết luận
Vật liệu điện cực than chì mới đáng được phổ biến mạnh mẽ và những ưu điểm của nó sẽ dần được ngành sản xuất khuôn mẫu trong nước công nhận và chấp nhận.
Việc lựa chọn đúng vật liệu điện cực than chì và cải thiện các liên kết công nghệ liên quan sẽ mang lại hiệu quả cao, chất lượng cao và lợi ích chi phí thấp cho các doanh nghiệp sản xuất khuôn mẫu
Thời gian đăng: 04-12-2020