EDM завжди був однією з «рідкісних» технологій. З одного боку, попит ринку не такий високий за кількістю штук, тому його зазвичай можна класифікувати як технологію індивідуального виробництва. З іншого боку, через складність технології, вона завжди вимагала високого рівня знань як дизайнерів, так і технологів, щоб отримати максимум від цього.
Її складність зумовлена, з одного боку, багатьма «експериментальними» результатами, яким технологія та наука не можуть дати вагомого пояснення - наприклад, що саме відбувається «під час іскроутворення - і, з іншого боку, різноманіттям технологій . У цій статті ми підсумуємо властивості різних інструментальних матеріалів EDM у кількох думках та вплив цих властивостей на технологію. Ми охоплюємо дві основні сфери: блокові та дротяні інструментальні матеріали для EDM.
Зміст:
1. Провідний EDM
1.1. Основні характеристики
1.1.1. Лідерство
1.1.2. Механічні властивості
1.1.3. Теплові властивості
1.2. Різні якості матеріалів та конструкції дроту
1.2.1. Мідь
1.2.2. Латунь
1.2.3. Дріт з молібдену і вольфраму
1.2.4. Дроти з покриттям
1.2.5. Дифузні шаруваті дроти
2. Блок EDM
2.1. Графітовий електрод
2.2. Мідні та інші металеві електроди
3. Підсумок
1. Провідний EDM
1.1. Основні характеристики
1.1.1. Лідерство
Однією з найважливіших характеристик матеріалів проводів є електропровідність. На практиці застосовується міра, відмінна від одиниці SI, це IACS (Міжнародний стандарт відпаленого купера)., що дається у відсотках. Чиста мідь становить 100% порівняно з провідністю інших матеріалів, 63% для алюмінію, 32% для молібдену, 28% для цинку та 20% для 63/37 латуні. Ця міра дає провідність ідеального електрода щодо міді. Його важливість визначає якість проведення струму, що використовується для різання, тобто ефективність, з якою зареєстрований електричний струм може бути використаний для механічної обробки, і яка його частка використовується для нагрівання.
1.1.2. Механічні властивості
Однією з найхарактерніших механічних властивостей проводів є їх міцність, яка зазвичай дається в Н/мм 2 або МПа. Хоча різання виконується не силою, а теплом від електричного розряду, під час механічної обробки критично важливо, щоб дріт певною мірою утримувався верстатом, тим самим уникаючи можливих помилок допуску форми. Провід міцністю 900 МПа і більше для жорстких проводів, дроти міцністю 440-460 МПа для м’яких проводів зателефонував. Міцність також важлива для різьблення, наприклад, різьбона різання водою.
Твердість дроту є критичним фактором. З одного боку, це суттєво впливає на механічну обробку конічних форм. Жорсткі дроти можна застосовувати лише під кутом 5-7 °, якщо кут конуса додатково збільшений, дріт не згинається в отворах двох напрямних, він гнеться далі в певному радіусі, що перешкоджає прямолінійності дроту . Це явище відбувається лише в тому випадку, якщо конструкція верстата не передбачає кутового нахилу напрямних головок. М'які дроти можна використовувати на всіх типах машин для створення фасок і конусів. На відміну від цього, жорсткі дроти більше підходять для автоматичної нарізки різьби. Статистично тверді дроти менше рвуться під час різьблення, ніж м’які дроти.
Ще однією помітною механічною властивістю є подовження дроту. Подовження твердих проводів становить близько 1-2%, а м'яких проводів 10-15%. Подовження впливає на так звану "промивність", тобто наскільки "чистим" залишається ріжучий простір після іскроутворення, залежно від технологічних параметрів. Якщо дріт розтягується мінімально, його перетин зменшується на виході із заготовки разом із кількістю матеріалу, що іскриться з дроту, збільшуючи тим самим вихід отриманих солей металів з обробного простору, але тут мова йде про мікронні замовлення величини. Важливо зауважити, що так звана «промивність» є однією з найважливіших властивостей дроту, на яку впливає ряд факторів, зокрема механічні властивості матеріалу. В англійській літературі це називається “flushability”, що чудово відображає “ріжучу здатність” дроту.
Процес дротового EDM
1.1.3. Теплові властивості
Давайте трохи дотримуватимемось цієї невловимої «змивності». Під час іскроутворення, коли напруга досягає напруги пробою діелектрика, матеріали виходять з діелектрика в іншому стані через нагрівання. Під час виходу в зону різання можуть залишатися різні солі металів та пізніше затверділі шматки металевих розмірів. Вони можуть переплавитися на наступній іскрі або локально призвести до короткого замикання. Ці явища, з одного боку, знижують ефективність різання, а з іншого боку можуть спричинити місцеві опіки, що погіршує шорсткість поверхні. В ідеалі матеріал не плавиться, а випаровується або сублімується. На це суттєво впливають різні температурні температури заготовки та матеріалу дроту (температура плавлення та нагрівання, температура випаровування та нагрівання).
Важливим аспектом є термостійкість матеріалу, тобто рівень, на якому він зберігає свої механічні властивості при різних температурах. В результаті розрядів дріт отримує періодичний тепловий удар, на який матеріал реагує твердінням, змінюючи тим самим свою міцність і твердість, що може вплинути на якість різання з причин, згаданих вище.
1.2. Різні якості матеріалу та конструкція дроту
1.2.1. Мідь
Найперший матеріал дроту - мідь. Неперевершена провідність (IACS 100%). Недоліком є його погані механічні властивості. Він не тільки твердне під впливом тепла, але і може стати крихким. Ламкість може бути проблемою в нижній точці направляючого дроту, вона може згинатися в радіусі при різанні конусом, а не точковим. На великій висоті різання змінена провідність крихкого матеріалу може спричинити неоднорідність на рівні поверхні. Низька температура плавлення робить його делікатним для встановлення технологічних параметрів. Тільки генератори електроенергії другого покоління змогли на певному рівні впоратися з цією властивістю чистої міді, розширивши тим самим діапазон застосовних технологічних параметрів.
Мідна заготовка для електродів
1.2.2. Латунь
Латунь - це «веселий жарт» дротового EDM. Латунь - це сплав міді та цинку. В Європі та Америці поширене співвідношення міді/цинку 63/37%, тоді як в Азії 65/35%. Додавання кількох відсотків цинку до міді зменшує провідність дроту на 10-20%, проте завдяки нижчій ціні та значно кращим механічним та тепловим властивостям він став одним із найбільш часто використовуваних матеріалів. Одним з найбільших результатів латунних дротів є застосовність збільшених подач (як функція параметрів). Багато виробників також постачають дроти 60/40, з якими може бути досягнуто збільшення корму до 5-8%. Тоді чому б не зробити дроти з більшим відсотком цинку? Щоб відповісти на це, нам потрібно коротко оглянути виробництво проводів. Легування виконується до лиття блоків. Блоки перетворюються на дроти за допомогою багатоступеневих технологічних етапів пом’якшення-прокатки-розтягування. Зазвичай блок 50-60 мм є попереднім виготовленням, тому у випадку дроту 0,3 мм зменшення перетину величезне! Однак додавання цинку суттєво обмежує формуваність матеріалу, тому при сучасних технологічних і технічних досягненнях максимальна кількість сплаву цинку становить 40%.
1.2.3. Дріт молібдену і вольфраму
Два найтвердіші та найвищі температури плавлення дротяних матеріалів. Завдяки їх надзвичайній міцності дроти малого діаметру виготовляються з таких матеріалів. Їх недоліками є низька провідність і гірші теплові властивості, тому застосовувані норми подачі обмежені. Система дротових напрямних деяких машин важко або неможливо обробляти ці матеріали через крихкість дротяного матеріалу і може піддавати головки дроту направляючі до стирання через їх твердість.
1.2.4. Дроти з покриттям
У випадку з латунню ми побачили, що легування матеріалів має обмеження. Пізніше вони почали виробляти матеріали з покриттям, намагаючись тим самим компенсувати недоліки різних матеріалів і поєднати їх переваги. Мідь з цинковим покриттям зараз використовується рідко. Шар цинку, товщина якого становить близько 5 мкм, часто тріскається через різні коефіцієнти теплового розширення двох матеріалів. Оцинкована латунь чудово підходить для спеціальних технологій, таких як різання графіту, вольфраму або PCD. (Алмаз є електроізоляційним, тоді як PCD (полікристалічний алмаз) є електропровідним через невелику кількість важких металів, що залишилися в ньому завдяки технології виготовлення, тому він може бути EDM).
Мідний дріт з цинковим дифузним покриттям
1.2.5. Дифузні шаруваті дроти
Поширеним типом дроту в сучасній практиці є розсіяний шаруватий (або покритий) дріт. Сире ядро наносять дифузією на зовнішній шар, який має інші властивості матеріалу. Таким чином, можна усунути помилку неоднорідності шаруватих проводів та обмеження легування однорідних проводів. Суть нанесення дифузного шару полягає в наступному: під високим тиском і температурою різниця концентрацій у контактному шарі двох різних матеріалів призводить до збільшення міграції частинок. Це явище дифузії. Таким чином, зміна властивостей матеріалу в перерізі дроту має не різкий, а суцільний характер. Таким чином різні типи бета-фаз (гамма у випадку кількох складових) фази створюються на поверхні дроту, яка змінюється у відсотках до центру дроту. Прикладами двокомпонентних дротів є бета-цинково-мідні шаруваті латунні дроти та мідні жили. У разі багатокомпонентних систем механічні та теплові властивості проводів можуть бути суттєво відрегульовані. Зовнішній шар може поліпшити теплову поведінку, а проміжний шар - механічні властивості. Звичайно, вдосконалення значного технологічного параметра завжди має наслідки з точки зору витрат.
2. Блок EDM
2.1. Графітовий електрод
З яким електродом ми працюємо, мідним або графітовим, головним чином визначається місцем роботи. Корпус електрода, що використовується в блоці EDM, є одним з небагатьох, на який істотно впливають традиції машинобудування. В Америці 85% випадків використовують графітовий електрод, замінюючи його лише у випадках, які неможливо вирішити графітом. На відміну від них, мідь є найпоширенішим електродним матеріалом у Європі. Через зростання транснаціональних компаній межі технологічних і технічних традицій також починають розмиватися, але у випадку вибору електродів це помітно і сьогодні.
Блокувати процес EDM
Найбільша перевага графіту полягає в тому, що він не плавиться, а сублімується. Тобто він не переходить у рідкий стан через підвищення температури і тиску, він негайно розчиняється у вигляді газу в електролітній рідині. Таким чином, він є видатним у галузі «промивання», про яку згадувалося раніше. Його механічні властивості є як перевагою, так і недоліком. Низька щільність робить його ідеальним для виробництва великих електродів. Його міцність слабша, ніж у металевих електродів, що робить його вразливим.
Що стосується технологічності, графіт є надзвичайним. Легко фрезерувати, свердлити і навіть шліфувати. Під час різання не утворюються задирки, тому трудомістку операцію видалення задирок можна опустити. У разі складних форм з точки зору фрезерування, у випадку багатоінструментальної технології комутації, слід наголосити на напрямку фрезерування. Для обробки графіту рекомендується використовувати лише паралельне фрезерування. У разі зустрічного фрезерування інструмент виштовхує стружку/осаджений матеріал із заготовки під час кутового фрезерування, так що крихкість графіту може призвести до його розриву по краях, що є більш критичним дефектом, ніж видалення задирок.
Заготовка з графітового електрода
Іншим недоліком є те, що графіт має порошкоподібну стружку, яка може легко зруйнувати машинне середовище та в перспективі бути небезпечною для здоров’я людини. Завдяки своїй пористій структурі він схильний до поглинання води, що може різко вплинути на якість різання. Для більш тривалого зберігання рекомендується сушити матеріал на рослинах з вологим середовищем.
2.2. Мідні та інші металеві електроди
Мідні електроди в наборі інструментів
Типовим легуючим матеріалом для міді є вольфраму, доданий у невеликому відсотку вольфрам може значно покращити як його оброблюваність, так і його тенденцію до розвитку внутрішніх напружень. Зустрічається рідко, але срібло та срібний вольфрам використовуються в спеціальних технологіях. Для невеликих заготовок з малими радіусами чистий вольфрам або карбід вольфраму є перевіреним електродним матеріалом завдяки своїй чудовій термостійкості та жорсткості. Карбід вольфраму має найнижчі питомі втрати/знос під час використання серед відомих сьогодні електродних матеріалів.
3. Підсумок
У ряді статей ми вже дійшли такого висновку, який ми повинні зробити ще раз: “Немає найкращої машини, технології та інструменту. Існує лише добре використана машина, технологія та інструмент ". Кожен матеріал із дроту та блоку має свої переваги та недоліки, його застосування, стан машини - і, звичайно, досвід експерта-технолога та механізатора визначає „якість” матеріалу. Багато електродних матеріалів зношені внаслідок використання, деякі з них трапляються безперервно у повсякденному бізнесі. Вони вже пробували композитні дроти зі сталевих сердечників, алюмінієві дроти, є спроби виготовити пластикові стрижневі металеві блокові електроди, але пам’ятайте: інструмент не носять знання, досвід, освіта або статті, опубліковані на CNCMedia - інструмент носять з використанням. Про яку технологію, машину чи матеріал витримає випробування часом, варто поговорити.