1.黒鉛材料の放電加工特性。
1.1.放電加工速度。
グラファイトは 3,650 °C という非常に高い融点を持つ非金属材料ですが、銅の融点は 1,083 °C であるため、グラファイト電極はより大きな電流設定条件に耐えることができます。
放電面積と電極サイズのスケールが大きいほど、グラファイト材料の高効率荒加工の利点はより顕著になります。
グラファイトの熱伝導率は銅の1/3であり、放電時に発生する熱を利用して金属材料をより効果的に除去できます。したがって、中微細加工においては、銅電極よりもグラファイトの方が加工効率が高くなります。
加工経験によると、正しい使用条件下では、黒鉛電極の放電加工速度は銅電極の放電加工速度よりも1.5〜2倍速いです。
1.2.電極の消耗。
黒鉛電極は、高温での炭素粒子の分解、極性効果により、機械加工中に生成される炭素鋼ワークの内容物や作動液の除去を含む、適切な粗加工設定の条件下で、大電流条件に耐えることができる特性を備えています。内容物の一部を除去する作用により、カーボン粒子が電極表面に付着して保護層を形成し、粗加工時のグラファイト電極の損失が少なく、さらには「廃棄物ゼロ」を実現します。
EDM における主な電極損失は、粗い加工によって発生します。仕上げ加工の設定条件ではロス率が高くなりますが、部品の取り代が少ないため全体のロスも低く抑えられています。
一般に、大電流の荒加工では黒鉛電極の損失が銅電極よりも少なく、仕上げ加工では銅電極よりも若干損失が大きくなります。グラファイト電極の電極損失も同様です。
1.3.表面品質。
黒鉛材料の粒径は放電加工の表面粗さに直接影響します。直径が小さいほど表面粗さを小さくすることができる。
数年前、粒子径 5 ミクロンのグラファイト材料を使用すると、最良の表面は VDI18 edm (Ra0.8 ミクロン) しか達成できませんでしたが、現在ではグラファイト材料の粒径はファイの 3 ミクロン以内を達成でき、最良の表面が得られます。安定したVDI12 edm (Ra0.4μm)以上の高度なレベルを達成できますが、グラファイト電極はedmをミラーします。
銅材は抵抗率が低く、緻密な構造を持ち、困難な条件下でも安定して加工できます。表面粗さはRa0.1μm以下が可能であり、鏡面加工も可能です。
したがって、放電加工で極めて微細な表面を追求する場合には、電極として銅材料を使用することがより適しており、これがグラファイト電極に対する銅電極の主な利点である。
しかし、銅電極は大電流設定の条件下では電極表面が荒れやすく、ひび割れも発生しますが、グラファイト材料であればこの問題は発生せず、金型加工の表面粗さ要件はVDI26（Ra2.0ミクロン）です。グラファイト電極は粗加工から微細加工まで可能で、均一な表面効果、表面欠陥を実現します。
さらに、グラファイトと銅の構造が異なるため、グラファイト電極の表面放電腐食点は銅電極よりも規則的です。したがって、VDI20以上の同じ表面粗さを加工した場合、グラファイト電極で加工したワークの表面粒状性はより顕著であり、この粒面効果は銅電極の放電表面効果よりも優れています。
1.4.加工精度。
黒鉛材料の熱膨張係数は小さく、銅材料の熱膨張係数は黒鉛材料の4倍であるため、放電加工において、黒鉛電極は銅電極に比べて変形しにくく、より安定した特性を得ることができます。安心の加工精度。
特に深くて細いリブを加工する場合、局所的な高温により銅電極は曲がりやすくなりますが、黒鉛電極は曲がりません。
深さ直径比が大きい銅電極の場合、加工設定時に一定の熱膨張値を補正してサイズを補正する必要がありますが、黒鉛電極の場合は必要ありません。
1.5. 電極の重量。
黒鉛材料は銅より密度が低く、同じ体積の黒鉛電極の重さは銅電極のわずか 1/5 です。
グラファイトの使用は、放電加工機のスピンドルの負荷を大幅に軽減する大容量の電極に非常に適していることがわかります。電極は重量が大きいためクランプ時に不都合が生じたり、加工時にたわみ変位が生じたりすることはありません。大型の金型加工においてグラファイト電極を使用する意義は大きいことが分かります。
1.6.電極製造の難しさ。
グラファイト材料の加工性能は良好です。切断抵抗は銅のわずか1/4です。適切な加工条件下では、グラファイト電極のミリング効率は銅電極の 2 ～ 3 倍です。
グラファイト電極は角度をクリアしやすく、複数の電極で仕上げるべきワークを単一の電極に加工するのに使用できます。
グラファイト材料の独特な粒子構造により、電極のミリングおよび成形後のバリの発生が防止されます。これにより、複雑なモデリングでバリが容易に除去できない場合の使用要件を直接満たすことができ、電極を手動で研磨するプロセスが不要になり、形状の乱れを回避できます。研磨による変化やサイズ誤差。
グラファイトは粉塵が蓄積するため、グラファイトを粉砕すると大量の粉塵が発生するため、粉砕機にはシールと集塵装置が必要であることに注意してください。
edMを使用してグラファイト電極を加工する必要がある場合、その加工性能は銅材料ほど良くなく、切断速度は銅よりも約40％遅くなります。
1.7. 電極の取り付けと使用。
グラファイト材質は接着性に優れています。電極をフライス加工して放電することでグラファイトと治具を接着することができるため、電極素材へのネジ穴加工の手間が省け、作業時間を短縮できます。
黒鉛材料は比較的脆く、特に小さく細長い電極は使用中に外力を受けると破損しやすいが、電極の損傷はすぐにわかる。
銅電極の場合、曲がるだけで壊れません。これは非常に危険であり、使用中に発見するのが難しく、ワークピースのスクラップにつながりやすいです。
1.8.価格。
銅材料は再生不可能な資源であるため、価格はますます高価になる傾向にありますが、黒鉛材料の価格は安定する傾向にあります。
近年、銅材料の価格が上昇しており、黒鉛の大手メーカーは黒鉛の製造プロセスを改善して競争力を高めており、現在、同じ量の下で、黒鉛電極材料の価格と銅電極材料の価格の一般性はかなりありますが、グラファイトは銅電極を使用するよりも効率的な処理を実現でき、作業時間を大幅に節約でき、生産コストを直接削減するのと同等です。
要約すると、グラファイト電極の 8 edM 特性の中で、その利点は明らかです。電極のミリングと放電加工の効率が銅電極よりも大幅に優れています。大きな電極は重量が小さく、寸法安定性が良く、薄い電極は変形しにくく、表面の質感は銅電極より優れています。
黒鉛材料の欠点は、VDI12 (Ra0.4 m) での微細な表面放電加工には適しておらず、edM を使用して電極を作成する効率が低いことです。
しかし、実際的な観点から見ると、中国における黒鉛材料の効果的な促進に影響を与える重要な理由の 1 つは、電極のフライス加工に特別な黒鉛加工機械が必要であることであり、これにより金型企業や一部の中小企業の加工設備に新たな要件が課されることになります。この条件に当てはまらない可能性があります。
一般に、グラファイト電極の利点は edM 処理の場面の大部分をカバーしており、普及と応用に値し、長期的にはかなりのメリットが得られます。銅電極を使用することで、微細な表面処理の不足を補うことができます。
2.放電加工用黒鉛電極材料の選定
黒鉛材料の場合、材料の性能を直接的に決定する指標は主に次の4つです。
1) 材料の平均粒径
材料の平均粒径は材料の吐出状態に直接影響します。
黒鉛材料の平均粒子が小さいほど、放電はより均一になり、放電状態がより安定し、表面品質が良くなり、損失が少なくなります。
平均粒径が大きいほど荒加工時の研磨速度は良くなりますが、仕上げ面効果が悪く、電極損失が大きくなります。
2) 材料の曲げ強さ
材料の曲げ強度はその強度を直接反映し、内部構造の堅さを示します。
強度の高い材質で、比較的耐放電性能に優れています。高精度な電極には、できる限り強度の良い材質を選択する必要があります。
3) 材料のショア硬さ
黒鉛は金属材料に比べて硬く、刃物の損失は金属に比べて大きくなります。
同時に、黒鉛材料の高硬度は放電損失の制御に優れています。
4) 材料の固有抵抗率
固有抵抗率が高いグラファイト材料の放電速度は、固有抵抗率が低いグラファイト材料よりも遅くなります。
固有抵抗率が高いほど電極損失は小さくなりますが、固有抵抗率が高いほど放電の安定性に影響します。
現在、世界の大手グラファイト供給業者からさまざまなグレードのグラファイトが入手可能です。
一般に分級する黒鉛材料の平均粒径に応じて、粒径≦4μmのものを細黒鉛、5〜10μmの粒子を中黒鉛、10μm以上の粒子を粗大黒鉛と定義します。
粒子径が小さいほど材料は高価になりますが、放電加工の要件とコストに応じて、より適切な黒鉛材料を選択できます。
3.黒鉛電極の作製
黒鉛電極は主にフライス加工によって作られます。
加工技術の観点から見ると、グラファイトと銅は異なる素材であり、それぞれの異なる切削特性を習得する必要があります。
グラファイト電極を銅電極のプロセスで加工すると、シートの破損が頻繁に発生するなどの問題が避けられず、適切な切削工具と切削パラメータの使用が必要になります。
銅電極ツールの摩耗よりもグラファイト電極を加工する場合、経済性を考慮すると、超硬ツールの選択が最も経済的です。ダイヤモンドコーティングツール（グラファイトナイフと呼ばれます）を選択する価格はより高価ですが、ダイヤモンドコーティングツールの長寿命、高い加工精度、全体的な経済利益は良好です。
工具の前角度のサイズも寿命に影響します。工具の前角度 0° は、工具の前角度 15 ° よりも最大 50% 長くなり、切削安定性も優れていますが、角度が大きいほど、加工面は良好になります。工具の角度 15° を使用すると、最適な加工面を実現できます。
加工時の切削速度は電極の形状に応じて調整でき、通常は10m/minでアルミニウムやプラスチックの加工と同様、荒加工では切削工具をワークに直接接したり離したりすることができ、角度現象も発生します。仕上げ加工では潰れや破片が発生しやすいため、軽刃早歩きの方法が採用されることが多いです。
切断プロセスで黒鉛電極は大量の粉塵を発生します。黒鉛粒子が機械のスピンドルとスクリューに吸い込まれるのを避けるために、現在2つの主な解決策があります。1つは特別な黒鉛加工機を使用することで、もう1つは通常の加工センターです。特別な集塵装置を備えた改修済み。
市販の特殊グラファイト高速フライス盤は、高いフライス効率を備え、高精度で良好な表面品質の複雑な電極の製造を容易に完了できます。
グラファイト電極の作成に EDM が必要な場合は、粒子径が小さい微細なグラファイト材料を使用することをお勧めします。
黒鉛は加工性が悪く、粒子径が小さいほど高い切断能率が得られ、頻繁な断線や表面縞などの異常問題を回避できます。
4.グラファイト電極のEDMパラメータ
グラファイトと銅の EDM パラメータの選択はまったく異なります。
EDM のパラメータには主に電流、パルス幅、パルスギャップ、極性が含まれます。
以下に、これらの主要なパラメータを合理的に使用するための基礎を説明します。
黒鉛電極の電流密度は一般的に 10 ～ 12 A/cm2 であり、銅電極よりもはるかに大きくなります。したがって、対応する領域で許容される電流の範囲内で、電流を大きくすると黒鉛の放電加工速度は速くなり、電極損失は小さくなりますが、表面粗さは厚くなります。
パルス幅が大きいほど電極損失は低くなります。
ただし、パルス幅を大きくすると加工の安定性が悪くなり、加工速度が遅くなったり、表面が荒れたりします。
荒加工時の電極損失を確実に抑えるために、通常は比較的大きなパルス幅が使用され、その値が 100 ～ 300 US の場合にグラファイト電極の低損失加工を効果的に実現できます。
微細な表面と安定した放電効果を得るには、より小さいパルス幅を選択する必要があります。
一般に、グラファイト電極のパルス幅は銅電極のパルス幅よりも約40%小さいです
パルスギャップは主に放電加工速度と加工安定性に影響を与えます。値が大きいほど加工安定性が向上し、より良好な面均一性が得られますが、加工速度は低下します。
処理の安定性を確保する条件ではパルスギャップを小さくした方が処理効率が高くなりますが、放電状態が不安定な場合にはパルスギャップを大きくした方が処理効率が高くなります。
黒鉛電極放電加工では、パルスギャップとパルス幅は通常 1:1 に設定されますが、銅電極加工では、パルスギャップとパルス幅は通常 1:3 に設定されます。
安定したグラファイト加工では、パルスギャップとパルス幅のマッチング比を2:3に調整できます。
パルスクリアランスが小さい場合、電極表面に被覆層を形成することが有益であり、電極損失を減らすのに役立ちます。
EDM におけるグラファイト電極の極性選択は、基本的に銅電極の極性選択と同じです。
放電加工の極性効果によると、金型鋼を加工する場合は通常、電極が電源の正極に接続され、ワークピースが電源の負極に接続される正極加工が使用されます。
大電流とパルス幅を使用し、プラス極性加工を選択すると電極損失を極めて低く抑えることができます。極性を間違えると電極損失が非常に大きくなります。
VDI18（Ra0.8μm）以下の微細な表面加工が必要で、パルス幅が非常に狭い場合にのみ負極性加工を使用して表面品位を向上させますが、電極損失が大きくなります。
現在、CNC edM 工作機械にはグラファイト放電加工パラメータが装備されています。
電気パラメータの使用はインテリジェントであり、工作機械のエキスパート システムによって自動的に生成できます。
一般に、機械は、プログラミング中に材料ペア、アプリケーションタイプ、表面粗さ値を選択し、加工領域、加工深さ、電極サイズスケーリングなどを入力することによって、最適化された加工パラメータを構成できます。
放電加工機ライブラリのグラファイト電極用に設定された豊富な加工パラメータにより、材料タイプは粗いグラファイト、グラファイト、グラファイトで選択でき、さまざまなワーク材料に対応し、標準、深溝、シャープポイント、大型のアプリケーションタイプを細分化します。大面積、大キャビティ、微細など、また、低損失、標準、高効率など、さまざまな種類の加工優先の選択を提供します。
5.結論
新しい黒鉛電極材料は積極的に普及させる価値があり、その利点は徐々に国内の金型製造業界に認識され、受け入れられるでしょう。
グラファイト電極材料の正しい選択と関連技術リンクの改善は、金型製造企業に高効率、高品質、低コストの利益をもたらします。
投稿時間: 2020 年 12 月 4 日