יישום של אלקטרודת גרפיט בייצור קוביות עיבוד שבבי פריקה חשמלית

1. מאפיינים EDM של חומרי גרפיט.

1.1. מהירות עיבוד פריקה.

גרפיט הוא חומר לא מתכתי עם נקודת התכה גבוהה מאוד של 3,650 מעלות צלזיוס, בעוד שלנחושת יש נקודת התכה של 1,083 מעלות צלזיוס, כך שאלקטרודת הגרפיט יכולה לעמוד בתנאי קביעת זרם גדולים יותר.
כאשר שטח הפריקה וקנה המידה של גודל האלקטרודה גדולים יותר, היתרונות של עיבוד גס ביעילות גבוהה של חומר גרפיט ברורים יותר.
המוליכות התרמית של גרפיט היא 1/3 מזו של נחושת, וניתן להשתמש בחום שנוצר במהלך תהליך הפריקה כדי להסיר חומרי מתכת בצורה יעילה יותר.לכן, יעילות העיבוד של גרפיט גבוהה מזו של אלקטרודת נחושת בעיבוד בינוני ועדין.
על פי ניסיון העיבוד, מהירות עיבוד הפריקה של אלקטרודת גרפיט מהירה פי 1.5 ~ 2 מזו של אלקטרודת נחושת בתנאי השימוש הנכונים.

1.2.צריכת אלקטרודה.

לאלקטרודת גרפיט יש אופי שיכול לעמוד בתנאי הזרם הגבוהים, בנוסף, בתנאי של הגדרת חיספוס מתאימה, כולל חלקי עבודה מפלדת פחמן המיוצרים במהלך הסרת עיבוד בתוכן ונוזל עבודה בטמפרטורה גבוהה פירוק של חלקיקי פחמן, אפקט הקוטביות, תחת הפעולה של הסרה חלקית בתוכן, חלקיקי פחמן ייצמדו למשטח האלקטרודה כדי ליצור שכבת הגנה, להבטיח לאלקטרודת הגרפיט אובדן קטן בעיבוד גס, או אפילו "אפס פסולת".
אובדן האלקטרודה העיקרי ב-EDM נובע מעיבוד גס.למרות ששיעור ההפסדים גבוה בתנאי הגימור, ההפסד הכולל נמוך גם בגלל קצבת העיבוד הקטנה השמורה לחלקים.
באופן כללי, אובדן אלקטרודת גרפיט קטן מזה של אלקטרודת נחושת בעיבוד גס של זרם גדול ומעט יותר מזה של אלקטרודת נחושת בעיבוד גמר.אובדן האלקטרודה של אלקטרודת גרפיט דומה.

1.3. איכות פני השטח.

קוטר החלקיקים של חומר גרפיט משפיע ישירות על חספוס פני השטח של EDM.ככל שהקוטר קטן יותר, כך ניתן לקבל חספוס פני השטח נמוך יותר.
לפני מספר שנים באמצעות חומר גרפיט חלקיקי phi בקוטר 5 מיקרון, המשטח הטוב ביותר יכול להשיג רק VDI18 edm (Ra0.8 מיקרון), כיום קוטר הגרגירים של חומרי גרפיט הצליח להשיג בתוך 3 מיקרון של phi, המשטח הטוב ביותר יכול להשיג VDI12 edm יציב (Ra0.4 mu m) או רמה מתוחכמת יותר, אבל אלקטרודת גרפיט לשיקוף edm.
לחומר הנחושת התנגדות נמוכה ומבנה קומפקטי, וניתן לעבד אותו ביציבות בתנאים קשים.חספוס פני השטח יכול להיות פחות מ-Ra0.1 מ', וניתן לעבד אותו במראה.

לפיכך, אם עיבוד הפריקה רודף משטח עדין במיוחד, מתאים יותר להשתמש בחומר נחושת כאלקטרודה, וזה היתרון העיקרי של אלקטרודת נחושת על פני אלקטרודת גרפיט.
אבל אלקטרודת נחושת בתנאי של הגדרת זרם גדול, משטח האלקטרודה קל להפוך מחוספס, נראה אפילו סדק, ולחומרי גרפיט לא תהיה בעיה זו, דרישת חספוס פני השטח עבור VDI26 (Ra2.0 מיקרון) לגבי עיבוד עובש, באמצעות אלקטרודת גרפיט יכולה להיעשות מעיבוד גס ועד דק, מבינה את אפקט המשטח האחיד, את פגמי פני השטח.
בנוסף, בשל המבנה השונה של גרפיט ונחושת, נקודת הקורוזיה של פריקת פני השטח של אלקטרודת גרפיט קבועה יותר מזו של אלקטרודת נחושת.לכן, כאשר אותו חספוס פני השטח של VDI20 ומעלה מעובד, גרעיניות פני השטח של חומר העבודה המעובד על ידי אלקטרודה גרפיט ברורה יותר, והשפעת פני השטח הזו טובה יותר מהשפעת פני הפריקה של אלקטרודת נחושת.

1.4.דיוק העיבוד.

מקדם ההתפשטות התרמית של חומר גרפיט קטן, מקדם ההתפשטות התרמית של חומר נחושת הוא פי 4 מזה של חומר גרפיט, כך שבעיבוד הפריקה, אלקטרודת גרפיט נוטה פחות לעיוות מאשר אלקטרודת נחושת, שיכולה לקבל יציבות יותר דיוק עיבוד אמין.
במיוחד כאשר מעובדים צלע עמוקה וצרה, טמפרטורה גבוהה מקומית גורמת לאלקטרודת נחושת להתכופף בקלות, אך לאלקטרודת גרפיט לא.
עבור אלקטרודת נחושת עם יחס קוטר עומק גדול, יש לפצות ערך התפשטות תרמית מסוים כדי לתקן את הגודל במהלך הגדרת העיבוד, בעוד שאין צורך באלקטרודת גרפיט.

1.5.משקל אלקטרודה.

חומר הגרפיט פחות צפוף מנחושת, ומשקל אלקטרודת הגרפיט באותו נפח הוא רק 1/5 מזה של אלקטרודת הנחושת.
ניתן לראות כי השימוש בגרפיט מתאים מאוד לאלקטרודה בעלת נפח גדול, מה שמפחית מאוד את עומס הציר של כלי מכונת EDM.האלקטרודה לא תגרום אי נוחות בהידוק עקב משקלה הרב והיא תיצור תזוזה של סטיה בעיבוד וכדומה. ניתן לראות שיש משמעות רבה לשימוש באלקטרודה גרפיט בעיבוד התבנית בקנה מידה גדול.

1.6.קושי בייצור אלקטרודות.

ביצועי העיבוד של חומר גרפיט טובים.התנגדות החיתוך היא רק 1/4 מזו של נחושת.בתנאי העיבוד הנכונים, היעילות של כרסום אלקטרודת גרפיט היא פי 2~3 מאלקטרודת נחושת.
אלקטרודת גרפיט קלה לניקוי זווית, וניתן להשתמש בה כדי לעבד את חומר העבודה שאמור להסתיים על ידי מספר אלקטרודות לאלקטרודה אחת.
מבנה החלקיקים הייחודי של חומר גרפיט מונע היווצרות של כתמים לאחר כרסום והיווצרות אלקטרודה, שיכולים לעמוד ישירות בדרישות השימוש כאשר לא ניתן להסיר את הכתמים בקלות במודל המורכב, ובכך לבטל את תהליך הליטוש הידני של האלקטרודה ולמנוע את הצורה שינוי ושגיאת גודל הנגרמת על ידי ליטוש.

יש לציין שבגלל שגרפיט הוא הצטברות אבק, כרסום גרפיט יפיק אבק רב, ולכן מכונת הכרסום חייבת להיות בעלת איטום ומכשיר איסוף אבק.
אם יש צורך להשתמש ב- edM לעיבוד אלקטרודת גרפיט, ביצועי העיבוד שלו אינם טובים כמו חומר נחושת, מהירות החיתוך איטית בכ-40% מנחושת.

1.7.התקנה ושימוש באלקטרודה.

לחומר גרפיט יש תכונות מליטה טובות.ניתן להשתמש בו לחיבור גרפיט עם המתקן על ידי כרסום האלקטרודה ופריקה, מה שיכול לחסוך את ההליך של עיבוד חור בורג בחומר האלקטרודה ולחסוך זמן עבודה.
חומר הגרפיט שביר יחסית, במיוחד האלקטרודה הקטנה, הצרה והארוכה, שקל לשבור אותה כאשר היא נתונה לכוח חיצוני בזמן השימוש, אך ניתן לדעת מיד שהאלקטרודה נפגעה.
אם מדובר באלקטרודת נחושת, היא רק תתכופף ולא תישבר, וזה מאוד מסוכן וקשה למצוא בתהליך השימוש, וזה יוביל בקלות לגרוטאות של חומר העבודה.

1.8.מחיר.

חומר נחושת הוא משאב שאינו מתחדש, מגמת המחיר תתייקר, בעוד שמחיר חומר הגרפיט נוטה להתייצב.
מחיר חומרי הנחושת עולה בשנים האחרונות, היצרנים הגדולים של גרפיט משפרים את התהליך בייצור גרפיט עושים את היתרון התחרותי שלו, כעת, תחת אותו נפח, הכלליות של מחיר חומרי האלקטרודה של גרפיט ומחיר חומרי אלקטרודת הנחושת הוא די, אבל הגרפיט יכול להשיג עיבוד יעיל, מאשר שימוש באלקטרודת נחושת כדי לחסוך מספר רב של שעות עבודה, שווה ערך להפחתת עלות הייצור ישירות.

לסיכום, בין המאפיינים של 8 edM של אלקטרודת גרפיט, היתרונות שלה ברורים: היעילות של אלקטרודת כרסום ועיבוד פריקה טובה משמעותית מזו של אלקטרודת נחושת;לאלקטרודה גדולה יש משקל קטן, יציבות מימדית טובה, לא קלה לעיוות אלקטרודה דקה ומרקם פני השטח טוב יותר מאלקטרודת נחושת.
החיסרון של חומר גרפיט הוא שהוא אינו מתאים לעיבוד פריקת משטח עדין תחת VDI12 (Ra0.4 מ'), והיעילות של שימוש ב- edM לייצור אלקטרודה נמוכה.
עם זאת, מנקודת מבט מעשית, אחת הסיבות החשובות המשפיעות על הקידום היעיל של חומרי גרפיט בסין היא שדרושה מכונת עיבוד גרפיט מיוחדת לכרסום אלקטרודות, מה שמציב דרישות חדשות לציוד עיבוד של מפעלי תבניות, כמה מפעלים קטנים אולי אין את המצב הזה.
באופן כללי, היתרונות של אלקטרודות גרפיט מכסות את הרוב המכריע של אירועי עיבוד edM, וראויים לפופולריות ויישום, עם יתרונות ניכרים לטווח ארוך.את המחסור בעיבוד משטח עדין ניתן להשלים על ידי שימוש באלקטרודות נחושת.

2. מבחר חומרים אלקטרודה גרפיט עבור EDM

עבור חומרי גרפיט, ישנם בעיקר ארבעת האינדיקטורים הבאים הקובעים ישירות את ביצועי החומרים:

1) קוטר החלקיקים הממוצע של החומר

קוטר החלקיקים הממוצע של החומר משפיע ישירות על מצב הפריקה של החומר.
ככל שהחלקיק הממוצע של חומר גרפיט קטן יותר, ככל שהפריקה אחידה יותר, מצב הפריקה יציב יותר, איכות פני השטח טובה יותר וההפסד קטן יותר.
ככל שגודל החלקיקים הממוצע גדול יותר, ניתן להשיג קצב הסרה טוב יותר בעיבוד גס, אך השפעת פני השטח של הגימור גרועה ואובדן האלקטרודות גדול.

2) חוזק הכיפוף של החומר

חוזק הכיפוף של חומר הוא השתקפות ישירה של חוזקו, המעיד על אטימות המבנה הפנימי שלו.
לחומר בעל חוזק גבוה יש ביצועי עמידות בפני פריקה טובים יחסית.עבור האלקטרודה עם דיוק גבוה, החומר בעל חוזק טוב צריך להיבחר ככל האפשר.

3) קשיות החוף של החומר

הגרפיט קשה יותר מחומרי מתכת, והאובדן של כלי החיתוך גדול מזה של מתכת החיתוך.
יחד עם זאת, הקשיות הגבוהה של חומר גרפיט בבקרת אובדן הפריקה טובה יותר.

4) ההתנגדות המובנית של החומר

קצב הפריקה של חומר גרפיט עם התנגדות אינהרנטית גבוהה יהיה איטי יותר מזה עם התנגדות נמוכה.
ככל שההתנגדות האינהרנטית גבוהה יותר, כך אובדן האלקטרודות קטן יותר, אך ככל שההתנגדות הטבועה גבוהה יותר, יציבות הפריקה תיפגע.

נכון להיום, קיימות דרגות שונות של גרפיט זמינות מספקי הגרפיט המובילים בעולם.
בדרך כלל לפי קוטר החלקיקים הממוצע של חומרי גרפיט שיש לסווג, קוטר חלקיקים ≤ 4 מ' מוגדר כגרפיט דק, חלקיקים ב-5 ~ 10 מ' מוגדרים כגרפיט בינוני, חלקיקים ב-10 מ' מעל מוגדרים כגרפיט גס.
ככל שקוטר החלקיקים קטן יותר, ככל שהחומר יקר יותר, ניתן לבחור חומר גרפיט מתאים יותר לפי הדרישות והעלות של EDM.

3. ייצור אלקטרודת גרפיט

אלקטרודת הגרפיט מיוצרת בעיקר על ידי כרסום.
מנקודת המבט של טכנולוגיית העיבוד, גרפיט ונחושת הם שני חומרים שונים, ויש לשלוט במאפייני החיתוך השונים שלהם.
אם אלקטרודת הגרפיט מעובדת בתהליך של אלקטרודת נחושת, בהכרח יתרחשו בעיות, כגון שבר תכוף של הסדין, המצריך שימוש בכלי חיתוך מתאימים ופרמטרי חיתוך.

עיבוד אלקטרודה גרפיט מאשר ללבוש כלי אלקטרודת נחושת, על פי השיקול הכלכלי, הבחירה בכלי קרביד היא החסכונית ביותר, בחר כלי ציפוי יהלום (נקרא סכין גרפיט) ​​המחיר יקר יותר, אבל כלי ציפוי יהלום חיי שירות ארוכים, דיוק עיבוד גבוה, התועלת הכלכלית הכוללת טובה.
גודל הזווית הקדמית של הכלי משפיעה גם על חיי השירות שלו, זווית 0° הקדמית של הכלי תהיה גבוהה עד 50% מהזווית הקדמית של 15° של חיי השירות של הכלי, גם יציבות החיתוך טובה יותר, אבל יותר הזווית, ככל שמשטח העיבוד טוב יותר, השימוש בזווית של 15° של הכלי יכול להשיג את משטח העיבוד הטוב ביותר.
מהירות החיתוך בעיבוד ניתנת להתאמה לפי צורת האלקטרודה, בדרך כלל 10 מ' לדקה, בדומה לעיבוד של אלומיניום או פלסטיק, כלי החיתוך יכול להיות ישירות על חומר העבודה ומחוצה לו בעיבוד גס, ותופעת הזווית קל להתרחש קריסה ופיצול בעיבוד שבבי, והדרך של הליכה מהירה בסכין קלה מאומצת לעתים קרובות.

אלקטרודת גרפיט בתהליך החיתוך תייצר אבק רב, על מנת להימנע מחלקיקי גרפיט בשאיפה של ציר מכונה ובורג, ישנם שני פתרונות עיקריים כיום, האחד הוא שימוש במכונה מיוחדת לעיבוד גרפיט, השני הוא מרכז העיבוד הרגיל שיפוץ, מצויד במכשיר מיוחד לאיסוף אבק.
מכונת הכרסום המהירה הגרפית המיוחדת בשוק היא בעלת יעילות כרסום גבוהה והיא יכולה בקלות להשלים ייצור של אלקטרודות מורכבות עם דיוק גבוה ואיכות פני שטח טובה.

אם יש צורך ב-EDM לייצור אלקטרודת גרפיט, מומלץ להשתמש בחומר גרפיט עדין בקוטר חלקיקים קטן יותר.
ביצועי העיבוד של הגרפיט גרועים, ככל שקוטר החלקיקים קטן יותר, ניתן להשיג יעילות חיתוך גבוהה יותר, וניתן להימנע מבעיות חריגות כגון שבירת חוט תכופה ושולי פני השטח.

4.EDM פרמטרים של אלקטרודת גרפיט

הבחירה של פרמטרי EDM של גרפיט ונחושת שונה למדי.
הפרמטרים של EDM כוללים בעיקר זרם, רוחב דופק, פער דופק וקוטביות.
להלן מתאר את הבסיס לשימוש רציונלי בפרמטרים עיקריים אלו.

צפיפות הזרם של אלקטרודת גרפיט היא בדרך כלל 10~12 A/cm2, גדולה בהרבה מזו של אלקטרודת נחושת.לכן, בטווח הזרם המותר באזור המתאים, ככל שהזרם נבחר גדול יותר, ככל שמהירות עיבוד פריקת הגרפיט תהיה מהירה יותר, כך אובדן האלקטרודות יהיה קטן יותר, אך חספוס פני השטח יהיה עבה יותר.

ככל שרוחב הפולסים גדול יותר, כך אובדן האלקטרודות יהיה נמוך יותר.
עם זאת, רוחב פעימה גדול יותר יגרום ליציבות העיבוד להחמיר, ולמהירות העיבוד לאט יותר ולמשטח מחוספס יותר.
על מנת להבטיח אובדן אלקטרודה נמוך במהלך עיבוד גס, לרוב נעשה שימוש ברוחב פולסים גדול יחסית, אשר יכול למעשה לממש עיבוד עיבוד נמוך של אלקטרודה גרפיט כאשר הערך הוא בין 100 ל-300 US.
על מנת להשיג משטח עדין ואפקט פריקה יציב, יש לבחור ברוחב פולס קטן יותר.
באופן כללי, רוחב הפולסים של אלקטרודת גרפיט קטן בכ-40% מזה של אלקטרודת נחושת

פער הדופק משפיע בעיקר על מהירות עיבוד הפריקה ויציבות העיבוד.ככל שהערך גדול יותר, כך יציבות העיבוד תהיה טובה יותר, מה שמועיל להשגת אחידות פני השטח טובה יותר, אך מהירות העיבוד תופחת.
בתנאי של הבטחת יציבות העיבוד, ניתן להשיג את יעילות העיבוד הגבוהה יותר על ידי בחירה בפער פולסים קטן יותר, אך כאשר מצב הפריקה אינו יציב, ניתן להשיג יעילות עיבוד גבוהה יותר על ידי בחירה בפער פולסים גדול יותר.
בעיבוד שבבי פריקת אלקטרודות גרפיט, פער הדופק ורוחב הדופק נקבעים בדרך כלל על 1:1, בעוד שבעיבוד אלקטרודות נחושת, פער הדופק ורוחב הדופק נקבעים בדרך כלל על 1:3.
בעיבוד גרפיט יציב, ניתן להתאים את יחס ההתאמה בין פער הדופק ורוחב הדופק ל-2:3.
במקרה של מרווח פעימות קטן, מועיל ליצור שכבת כיסוי על פני האלקטרודה, מה שמועיל להפחתת אובדן האלקטרודה.

בחירת הקוטביות של אלקטרודת גרפיט ב-EDM זהה בעצם לזו של אלקטרודת נחושת.
על פי השפעת הקוטביות של EDM, עיבוד קוטביות חיובי משמש בדרך כלל בעת עיבוד פלדה למות, כלומר, האלקטרודה מחוברת לקוטב החיובי של ספק הכוח, וחומר העבודה מחובר לקוטב השלילי של ספק הכוח.
באמצעות זרם גדול ורוחב פולסים, בחירת עיבוד קוטביות חיובית יכולה להשיג אובדן אלקטרודה נמוך במיוחד.אם הקוטביות שגויה, אובדן האלקטרודה יהפוך לגדול מאוד.
רק כאשר נדרש עיבוד עדין של פני השטח פחות מ-VDI18 (Ra0.8 מ') ורוחב הפולסים קטן מאוד, נעשה שימוש בעיבוד הקוטביות השלילית להשגת איכות פני שטח טובה יותר, אך אובדן האלקטרודה גדול.

כעת כלי מכונת CNC edM מצוידים בפרמטרי עיבוד של פריקת גרפיט.
השימוש בפרמטרים חשמליים הוא חכם וניתן להפיקו אוטומטית על ידי מערכת המומחים של כלי המכונה.
באופן כללי, המכונה יכולה להגדיר את פרמטרי העיבוד האופטימליים על ידי בחירת צמד החומרים, סוג היישום, ערך חספוס פני השטח והזנת אזור העיבוד, עומק העיבוד, קנה המידה של גודל האלקטרודה וכו'. במהלך התכנות.
סט עבור אלקטרודת גרפיט של ספריית כלי מכונת edm פרמטרים עשירים של עיבוד, סוג החומר יכול לבחור בגרפיט גס, גרפיט, גרפיט מתאים למגוון חומרי עבודה, כדי לחלק את סוג היישום לסטנדרטי, חריץ עמוק, נקודה חדה, גדולה שטח, חלל גדול, כגון קנס, מספק גם אובדן נמוך, סטנדרטי, יעילות גבוהה וכן הלאה את סוגי העדיפות הרבים של עיבוד.

5. מסקנה

חומר האלקטרודה הגרפיט החדש שווה פרסום נמרץ ויתרונותיו יזכו בהדרגה ויתקבלו על ידי תעשיית ייצור העובשים המקומית.
הבחירה הנכונה של חומרי אלקטרודות גרפיט ושיפור הקישורים הטכנולוגיים הקשורים יביאו יעילות גבוהה, איכות גבוהה ותועלת בעלות נמוכה למפעלי ייצור תבניות