Elektroda grafitowa czy elektroda miedziana KTÓRA …...Miedź pod wpływem temperatury rozszerza...

Elektroda grafitowa czy elektroda miedzianaKTÓRA JEST LEPSZA I DLACZEGO?

86-050 Solec Kujawskiul. Słowackiego 5/12NIP 953-213-38-70 REGON 093121961telefony 508-056-438 , 509-129-746www.grafco.com.pl e-mail [email protected] / fax 52-387-36-38

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 topnienia2. Kształt i wielkość elektrody, obrabialność3. Parametry obróbki:

- szybkość drążenia,- zużycie elektrody,- powierzchnia po drążeniu

4. Koszt produkcji

I. RODZAJ MATERIAŁU PODDANEGO OBRÓBCE EDM I JEGO TEMPERATURA TOPNIENIA

Stal narzędziowa 1500ºCStal nierdzewna 1500ºCAluminium 625ºCTytan 1650ºCWęgliki 3300ºCMiedź 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!

86-050 Solec Kujawskiul. Słowackiego 5/12NIP 953-213-38-70 REGON 093121961

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.


Grafit

Miedź

EDM: 12k *C

3600ºC

1100 C

Cu

Brak reakcji

Topnienie

Gr

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 0.020” szerokość) z bardzo wysoką dokładnością.

Wykonanie: 35 min miedź – 22 min grafit – oszczędność 13 minut


Gr GrGr Gr

Gr 5 dm³ grafitu5 dm³ grafitu 　＝　　＝　 1 dm³ miedzi1 dm³ miedzi

Cu

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.


Porównanie

Grafit Miedź

Przew. elektr (μΩm) 10 - 15 1,7 - 2

Gęstość (kg/dm3 ) 1,7 - 1,9 8,8 - 9

CTE (10-6 /°C) 2 - 6 16 -17

Temp.topnienia (°C ) 3600 1086

Przew. cieplna (W/mK) 70 -180 393

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


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/MINIsem 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 elektrodyD/ 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.


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


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-200 27-24 2,2-1,12

EDM-1 , 3 24-15 1,6-0,56

EDM-AF5 15-12 0,8-0,4


POCO 1 micron POCO 5 micron

IV. KOSZTY PRODUKCJI

Koszt grafitu:

1 dm ³ 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,


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


- uchwyty Erowa- frezowanie- presetting- drążenie

Gdy zastosujemy grafit na elektrodę możemy zredukować ilość elektrod do 17 szt.

77 elektrod miedzianych 17 elektrod grafitowych


Do presettu jest tylko 17,a nie jak wcześniej 77 elektrod.

Miedź Grafit

Operacje Ilość godz

Cena za godz

Koszt dla 77 elektrod

Ilość godz

Cena za godz

Koszt dla 17

elektrod Operacje CAD

CAM200 200 40000 140 200 28000

Przygotowanie Kształtek

57 60 3420 7 60 420

Frezowanie 96 120 11520 44 120 5280Frezy 115 40 4600 51 40 2040

Presetting 10 200 2000 2,2 200 440Drążenie 58,3 90 5247 18,3 90 1647

Uchwyty Erowa 77 90 6930 17 90 1530Materiał 346 42 14532 8,5 720 6120Suma 88249 45477

Powyższa tabela dokładnie obrazuje całość kosztów, podczas produkcji formy. Stosując grafit jesteśmy w stanie obniżyć koszty o połowę.


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 Przedstawiciele naszej firmy są zawsze do Państwa dyspozycji.

Zapraszamy do współpracy!


Elektroda grafitowa czy elektroda miedziana KTÓRA …...Miedź pod wpływem temperatury rozszerza...

Documents

Transcript of Elektroda grafitowa czy elektroda miedziana KTÓRA …...Miedź pod wpływem temperatury rozszerza...