1. Grafit malzemelerin EDM özellikleri.
1.1. Boşaltma işleme hızı.
Grafit, 3650 °C gibi çok yüksek bir erime noktasına sahip metal olmayan bir malzemedir, bakırın erime noktası ise 1083 °C'dir; bu nedenle grafit elektrot daha yüksek akım ayar koşullarına dayanabilir.
Deşarj alanı ve elektrot boyutu ölçeği daha büyük olduğunda, grafit malzemenin yüksek verimli kaba işlenmesinin avantajları daha belirgin hale gelir.
Grafitin ısı iletkenliği bakırınkinin 1/3'ü kadardır ve deşarj işlemi sırasında üretilen ısı, metal malzemeleri daha etkili bir şekilde uzaklaştırmak için kullanılabilir. Bu nedenle, grafitin işleme verimliliği orta ve ince işlemede bakır elektrottan daha yüksektir.
Elde edilen işleme deneyimine göre, doğru kullanım koşullarında grafit elektrotun deşarj işlem hızı, bakır elektrotunkinden 1,5 ila 2 kat daha hızlıdır.
1.2. Elektrot tüketimi.
Grafit elektrot, yüksek akım koşullarına dayanabilme özelliğine sahiptir; ayrıca, uygun kaba işleme ayarları altında, işleme sırasında oluşan karbon çelik iş parçalarından ve yüksek sıcaklıktaki çalışma sıvısından karbon parçacıklarının ayrışmasıyla oluşan polarite etkisi sayesinde, kısmi malzeme uzaklaştırma işlemiyle karbon parçacıkları elektrot yüzeyine yapışarak koruyucu bir tabaka oluşturur ve grafit elektrotun kaba işleme sırasında minimum kayıpla, hatta "sıfır atıkla" çalışmasını sağlar.
EDM'de ana elektrot kaybı kaba işleme sırasında meydana gelir. Son işleme koşullarında kayıp oranı yüksek olsa da, parçalar için ayrılan küçük işleme payı nedeniyle toplam kayıp da düşüktür.
Genel olarak, grafit elektrotun kaybı, yüksek akımlı kaba işlemede bakır elektrotunkinden daha az, ince işlemede ise bakır elektrotunkinden biraz daha fazladır. Grafit elektrotun elektrot kaybı benzerdir.
1.3. Yüzey kalitesi.
Grafit malzemenin parçacık çapı, EDM yüzey pürüzlülüğünü doğrudan etkiler. Çap ne kadar küçük olursa, elde edilebilecek yüzey pürüzlülüğü de o kadar düşük olur.
Birkaç yıl önce, çapı 5 mikron olan grafit malzeme kullanılarak elde edilen en iyi yüzey yalnızca VDI18 edm (Ra0.8 mikron) değerine ulaşabiliyordu. Günümüzde ise grafit malzemelerin tane çapı 3 mikron seviyesine kadar düşürülebildi ve en iyi yüzey, istikrarlı bir şekilde VDI12 edm (Ra0.4 μm) veya daha gelişmiş bir seviyeye ulaşabiliyor; ancak grafit elektrot, ayna elektroduna göre daha düşük bir elektrodinamik değere sahip.
Bakır malzeme düşük özdirençli ve kompakt bir yapıya sahiptir ve zorlu koşullar altında bile istikrarlı bir şekilde işlenebilir. Yüzey pürüzlülüğü Ra0.1 m'den az olabilir ve ayna gibi işlenebilir.
Dolayısıyla, deşarjlı işleme ile son derece ince bir yüzey elde edilmesi hedefleniyorsa, elektrot olarak bakır malzeme kullanılması daha uygundur; bu da bakır elektrotun grafit elektrota göre başlıca avantajıdır.
Ancak bakır elektrot, yüksek akım ayarı koşullarında kolayca pürüzlü hale gelir, hatta çatlaklar oluşabilir; grafit malzemelerde ise bu sorun yoktur. Kalıp işleme için VDI26 (Ra2.0 mikron) yüzey pürüzlülüğü gereksinimi karşılandığında, grafit elektrot kullanılarak kaba işlemeden ince işlemeye kadar her şey yapılabilir ve düzgün yüzey etkisi ve yüzey kusurları elde edilebilir.
Ayrıca, grafit ve bakırın farklı yapıları nedeniyle, grafit elektrotun yüzey deşarj korozyon noktası bakır elektrotunkinden daha düzenlidir. Bu nedenle, VDI20 veya üzeri aynı yüzey pürüzlülüğüne sahip bir yüzey işlendiğinde, grafit elektrot ile işlenmiş iş parçasının yüzey tanecik yapısı daha belirgindir ve bu tanecik yüzey etkisi, bakır elektrotun deşarj yüzey etkisinden daha iyidir.
1.4. İşleme hassasiyeti.
Grafit malzemenin termal genleşme katsayısı küçüktür, bakır malzemenin termal genleşme katsayısı ise grafit malzemeninkinin 4 katıdır; bu nedenle deşarj işleminde grafit elektrot, bakır elektrottan daha az deformasyona eğilimlidir ve daha istikrarlı ve güvenilir işleme doğruluğu elde edilebilir.
Özellikle derin ve dar oluk işlenirken, yerel yüksek sıcaklık bakır elektrotun kolayca bükülmesine neden olurken, grafit elektrot bükülmez.
Çap-derinlik oranı yüksek bakır elektrotlar için, işleme sırasında boyut düzeltmesi yapmak amacıyla belirli bir termal genleşme değerinin telafi edilmesi gerekirken, grafit elektrotlar için bu gerekli değildir.
1.5. Elektrot ağırlığı.
Grafit malzeme bakırdan daha az yoğundur ve aynı hacimdeki grafit elektrotun ağırlığı, bakır elektrotun ağırlığının yalnızca 1/5'i kadardır.
Görüldüğü üzere, grafit kullanımı, EDM tezgahının iş milinin yükünü büyük ölçüde azaltan, geniş hacimli elektrotlar için oldukça uygundur. Elektrot, büyük ağırlığı nedeniyle sıkıştırmada sorun yaratmaz ve işleme sırasında sapma yer değiştirmesi vb. durumlara yol açmaz. Bu nedenle, grafit elektrotun büyük ölçekli kalıp işlemede kullanılması büyük önem taşımaktadır.
1.6. Elektrot üretim zorluğu.
Grafit malzemenin işleme performansı iyidir. Kesme direnci bakırınkinin sadece 1/4'ü kadardır. Doğru işleme koşulları altında, grafit elektrotun frezeleme verimliliği bakır elektrotunkinin 2-3 katıdır.
Grafit elektrot, açıyı temizlemesi kolaydır ve birden fazla elektrotla işlenmesi gereken iş parçasının tek bir elektrotla işlenmesinde kullanılabilir.
Grafit malzemenin benzersiz parçacık yapısı, elektrot frezeleme ve şekillendirme sonrasında çapak oluşumunu önler; bu da karmaşık modellemede çapakların kolayca çıkarılamadığı durumlarda kullanım gereksinimlerini doğrudan karşılar, böylece elektrotun manuel parlatma işlemini ortadan kaldırır ve parlatmadan kaynaklanan şekil değişikliği ve boyut hatasını önler.
Şunu belirtmek gerekir ki, grafit toz biriktiren bir malzeme olduğundan, grafit öğütme işlemi çok fazla toz üretecektir; bu nedenle öğütme makinesinde mutlaka bir sızdırmazlık contası ve toz toplama tertibatı bulunmalıdır.
Grafit elektrotun işlenmesinde edM kullanılması gerekiyorsa, işleme performansı bakır malzemeye göre daha düşük olup, kesme hızı bakıra göre yaklaşık %40 daha yavaştır.
1.7. Elektrotun takılması ve kullanımı.
Grafit malzeme iyi bir yapışma özelliğine sahiptir. Elektrotun frezelenmesi ve deşarj edilmesiyle grafitin fikstürle birleştirilmesi mümkün olup, bu sayede elektrot malzemesi üzerinde vida deliği açma işlemine gerek kalmaz ve çalışma süresi kısalır.
Grafit malzeme nispeten kırılgandır, özellikle küçük, dar ve uzun elektrotlar kullanım sırasında dış kuvvete maruz kaldığında kolayca kırılır, ancak elektrotun hasar gördüğü hemen anlaşılabilir.
Bakır elektrot ise sadece bükülür, kırılmaz; bu da kullanım sürecinde çok tehlikeli ve bulunması zor bir durumdur ve iş parçasının hurdaya çıkmasına kolayca yol açabilir.
1.8.Fiyat.
Bakır yenilenebilir olmayan bir kaynak olduğundan fiyat eğilimi giderek artacaktır, oysa grafitin fiyatı istikrara doğru eğilim göstermektedir.
Son yıllarda bakır malzeme fiyatlarının yükselmesiyle birlikte, grafit üretiminde önde gelen üreticiler rekabet avantajı elde etmek için üretim süreçlerini iyileştirmektedir. Şu anda, aynı hacimde grafit elektrot malzemesi fiyatı ile bakır elektrot malzemesi fiyatı oldukça yakındır, ancak grafit, bakır elektrot kullanımına kıyasla daha verimli bir işleme olanağı sunarak, çok sayıda çalışma saatinden tasarruf sağlar ve üretim maliyetini doğrudan düşürür.
Özetle, grafit elektrotun 8 edM özelliğinden öne çıkan avantajları şunlardır: elektrot öğütme ve deşarj işleme verimliliği bakır elektrottan önemli ölçüde daha iyidir; büyük elektrot hafiftir, iyi boyutsal kararlılığa sahiptir, ince elektrot kolayca deforme olmaz ve yüzey dokusu bakır elektrottan daha iyidir.
Grafit malzemenin dezavantajı, VDI12 (Ra0.4 m) altında ince yüzey deşarj işlemine uygun olmaması ve edM kullanılarak elektrot yapımında verimliliğin düşük olmasıdır.
Ancak, pratik açıdan bakıldığında, Çin'de grafit malzemelerin etkin bir şekilde yaygınlaştırılmasını etkileyen önemli nedenlerden biri, elektrotların işlenmesi için özel bir grafit işleme makinesine ihtiyaç duyulmasıdır; bu da kalıp işletmelerinin işleme ekipmanları için yeni gereksinimler ortaya koymaktadır ve bazı küçük işletmeler bu koşula sahip olmayabilir.
Genel olarak, grafit elektrotların avantajları edM işleme durumlarının büyük çoğunluğunu kapsar ve önemli uzun vadeli faydalarıyla yaygınlaştırılmaya ve uygulanmaya değerdir. İnce yüzey işleme eksikliği bakır elektrotların kullanımıyla giderilebilir.
2. EDM için grafit elektrot malzemelerinin seçimi
Grafit malzemeler için, malzemenin performansını doğrudan belirleyen başlıca dört gösterge şunlardır:
1) Malzemenin ortalama parçacık çapı
Malzemenin ortalama parçacık çapı, malzemenin boşaltım koşullarını doğrudan etkiler.
Grafit malzemenin ortalama parçacık boyutu ne kadar küçük olursa, deşarj o kadar homojen olur, deşarj koşulları o kadar istikrarlı olur, yüzey kalitesi o kadar iyi olur ve kayıp o kadar az olur.
Ortalama parçacık boyutu ne kadar büyük olursa, kaba işlemede o kadar iyi bir talaş kaldırma oranı elde edilebilir, ancak ince işlemede yüzey etkisi zayıf olur ve elektrot kaybı büyük olur.
2) Malzemenin eğilme dayanımı
Bir malzemenin eğilme dayanımı, mukavemetinin doğrudan bir yansımasıdır ve iç yapısının ne kadar sıkı olduğunu gösterir.
Yüksek mukavemete sahip malzeme, nispeten iyi deşarj direnci performansına sahiptir. Yüksek hassasiyetli elektrotlar için, mümkün olduğunca iyi mukavemete sahip malzeme seçilmelidir.
3) Malzemenin Shore sertliği
Grafit, metal malzemelerden daha serttir ve kesici aletin aşınma kaybı, kesilen metalin aşınma kaybından daha fazladır.
Aynı zamanda, grafit malzemenin yüksek sertliği, deşarj kaybı kontrolünde daha iyi sonuç verir.
4) Malzemenin doğal direnci
Yüksek öz direnci olan grafit malzemenin deşarj hızı, düşük öz direnci olan grafit malzemeye göre daha yavaş olacaktır.
Öz direnç ne kadar yüksek olursa, elektrot kaybı o kadar az olur; ancak öz direnç ne kadar yüksek olursa, deşarjın kararlılığı da o kadar etkilenir.
Şu anda dünyanın önde gelen grafit tedarikçilerinden temin edilebilen birçok farklı kalitede grafit bulunmaktadır.
Genel olarak, grafit malzemelerin ortalama parçacık çapına göre sınıflandırılması yapılır; parçacık çapı ≤ 4 μm olanlar ince grafit, 5~10 μm arası orta grafit, 10 μm ve üzeri olanlar ise kaba grafit olarak tanımlanır.
Parçacık çapı ne kadar küçükse, malzeme o kadar pahalı olur; bu nedenle EDM'nin gereksinimlerine ve maliyetine göre daha uygun grafit malzeme seçilebilir.
3. Grafit elektrotun üretimi
Grafit elektrot esas olarak öğütme yöntemiyle üretilir.
İşleme teknolojisi açısından bakıldığında, grafit ve bakır iki farklı malzemedir ve farklı kesme özelliklerine hakim olunmalıdır.
Grafit elektrot, bakır elektrot işlemiyle işlenirse, levhanın sık sık kırılması gibi sorunlar kaçınılmaz olarak ortaya çıkar; bu da uygun kesici takımların ve kesme parametrelerinin kullanılmasını gerektirir.
Grafit elektrotlu takımların bakır elektrotlu takımlara göre daha fazla aşınmaya maruz kalması açısından, ekonomik değerlendirmede karbür takım seçimi en ekonomik olanıdır. Elmas kaplamalı takım (grafit bıçak olarak da adlandırılır) daha pahalıdır, ancak elmas kaplamalı takımlar daha uzun ömürlüdür, işleme hassasiyeti yüksektir ve genel ekonomik fayda daha iyidir.
Takımın ön açısının boyutu da kullanım ömrünü etkiler; 0° ön açılı takımın kullanım ömrü, 15° ön açılı takıma göre %50'ye kadar daha uzun olur, kesme stabilitesi de daha iyidir, ancak açı ne kadar büyük olursa, işleme yüzeyi o kadar iyi olur; 15° açılı takım kullanımı en iyi işleme yüzeyini elde etmeyi sağlar.
İşlemede kesme hızı, elektrotun şekline göre ayarlanabilir, genellikle 10 m/dak'dır; alüminyum veya plastik işlemeye benzer şekilde, kesici takım kaba işlemede doğrudan iş parçasına temas edip kalkabilir, ancak ince işlemede açı çökmesi ve parçalanma olgusu kolayca meydana gelebilir ve genellikle hafif bıçağın hızlı hareket etme yöntemi kullanılır.
Grafit elektrot kesme işleminde çok fazla toz üretir; grafit parçacıklarının makine mili ve vidasına kaçmasını önlemek için şu anda iki ana çözüm vardır: Birincisi, özel bir grafit işleme makinesi kullanmak; ikincisi ise, sıradan bir işleme merkezini özel bir toz toplama cihazıyla donatarak yeniden düzenlemektir.
Piyasada bulunan özel grafit yüksek hızlı frezeleme makinesi, yüksek frezeleme verimliliğine sahiptir ve karmaşık elektrotların üretimini yüksek hassasiyet ve iyi yüzey kalitesiyle kolayca tamamlayabilir.
Eğer grafit elektrot üretmek için EDM (Elektro Erozyonla İşleme) yöntemi gerekiyorsa, daha küçük parçacık çapına sahip ince grafit malzeme kullanılması önerilir.
Grafitin işleme performansı düşüktür; parçacık çapı ne kadar küçük olursa, o kadar yüksek kesme verimliliği elde edilebilir ve sık tel kopması ve yüzey kenar bozulması gibi anormal sorunlardan kaçınılabilir.
4. Grafit elektrotun EDM parametreleri
Grafit ve bakırın EDM parametrelerinin seçimi oldukça farklıdır.
EDM'nin parametreleri başlıca akım, darbe genişliği, darbe aralığı ve polariteyi içerir.
Aşağıda bu temel parametrelerin rasyonel kullanımının esasları açıklanmaktadır.
Grafit elektrotun akım yoğunluğu genellikle 10~12 A/cm2 olup, bakır elektrotunkinden çok daha büyüktür. Bu nedenle, ilgili alanda izin verilen akım aralığında, seçilen akım ne kadar büyük olursa, grafit deşarj işlem hızı o kadar hızlı olur, elektrot kaybı o kadar az olur, ancak yüzey pürüzlülüğü o kadar fazla olur.
Darbe genişliği ne kadar büyük olursa, elektrot kaybı o kadar düşük olur.
Ancak, daha büyük bir darbe genişliği, işlem kararlılığını kötüleştirecek, işlem hızını yavaşlatacak ve yüzeyi daha pürüzlü hale getirecektir.
Kaba işleme sırasında düşük elektrot kaybını sağlamak için genellikle nispeten büyük bir darbe genişliği kullanılır; bu değer 100 ile 300 US arasında olduğunda grafit elektrotun düşük kayıplı işlenmesi etkili bir şekilde gerçekleştirilebilir.
İnce bir yüzey ve istikrarlı bir deşarj etkisi elde etmek için daha küçük bir darbe genişliği seçilmelidir.
Genel olarak, grafit elektrotun darbe genişliği bakır elektrotunkinden yaklaşık %40 daha azdır.
Darbe aralığı esas olarak deşarjlı işleme hızını ve işleme kararlılığını etkiler. Değer ne kadar büyük olursa, işleme kararlılığı o kadar iyi olur ve bu da daha iyi yüzey düzgünlüğü elde etmeye yardımcı olur, ancak işleme hızı azalır.
İşlem kararlılığının sağlanması koşuluyla, daha küçük bir darbe aralığı seçilerek daha yüksek işlem verimliliği elde edilebilir; ancak deşarj durumu kararsız olduğunda, daha büyük bir darbe aralığı seçilerek daha yüksek işlem verimliliği elde edilebilir.
Grafit elektrotlu deşarjlı işleme yönteminde darbe aralığı ve darbe genişliği genellikle 1:1 oranında ayarlanırken, bakır elektrotlu işleme yönteminde darbe aralığı ve darbe genişliği genellikle 1:3 oranında ayarlanır.
Stabil grafit işleme koşullarında, darbe aralığı ve darbe genişliği arasındaki eşleşme oranı 2:3 olarak ayarlanabilir.
Küçük darbe aralıklarında, elektrot yüzeyinde bir kaplama tabakası oluşturmak faydalıdır; bu, elektrot kayıplarını azaltmaya yardımcı olur.
EDM'de grafit elektrotun kutup seçimi, temelde bakır elektrotun kutup seçimiyle aynıdır.
EDM'nin polarite etkisine göre, kalıp çeliği işlenirken genellikle pozitif polariteli işleme kullanılır; yani elektrot güç kaynağının pozitif kutbuna, iş parçası ise güç kaynağının negatif kutbuna bağlanır.
Yüksek akım ve darbe genişliği kullanılarak, pozitif kutuplu işleme seçimiyle son derece düşük elektrot kaybı elde edilebilir. Kutupluluk yanlış olursa, elektrot kaybı çok büyük olur.
Yüzeyin VDI18'den (Ra0.8 m) daha düşük incelikte işlenmesi gerektiğinde ve darbe genişliği çok küçük olduğunda, daha iyi yüzey kalitesi elde etmek için negatif polariteli işlem kullanılır, ancak elektrot kaybı büyüktür.
Günümüzde CNC edM takım tezgahları, grafit deşarjlı işleme parametreleriyle donatılmıştır.
Elektrik parametrelerinin kullanımı akıllıca olup, takım tezgahının uzman sistemi tarafından otomatik olarak oluşturulabilir.
Genel olarak, makine programlama sırasında malzeme çiftini, uygulama türünü, yüzey pürüzlülüğü değerini seçerek ve işleme alanını, işleme derinliğini, elektrot boyutu ölçeklendirmesini vb. girerek optimize edilmiş işleme parametrelerini yapılandırabilir.
EDM takım tezgahı kütüphanesinin zengin işleme parametrelerine sahip grafit elektrot seti, malzeme türü olarak kaba grafit, grafit ve grafit gibi çeşitli iş parçası malzemelerine uygun seçenekler sunar. Uygulama türüne göre standart, derin oluk, sivri uç, geniş alan, geniş boşluk gibi alt bölümlere ayrılan bu set, düşük kayıp, standart, yüksek verimlilik gibi birçok işleme önceliği seçeneği de sunar.
5. Sonuç
Yeni grafit elektrot malzemesinin yaygınlaştırılması büyük önem taşımaktadır ve avantajları yerli kalıp imalat sanayisi tarafından kademeli olarak fark edilip kabul edilecektir.
Grafit elektrot malzemelerinin doğru seçimi ve ilgili teknolojik bağlantıların geliştirilmesi, kalıp imalat işletmelerine yüksek verimlilik, yüksek kalite ve düşük maliyet avantajı sağlayacaktır.
Yayın tarihi: 04-12-2020