1. Caractéristiques EDM des matériaux en graphite.
1.1.Vitesse d'usinage de décharge.
Le graphite est un matériau non métallique avec un point de fusion très élevé de 3 650 °C, tandis que le cuivre a un point de fusion de 1 083 °C, de sorte que l'électrode en graphite peut supporter des conditions de réglage de courant plus importantes.
Lorsque la zone de décharge et l'échelle de taille de l'électrode sont plus grandes, les avantages de l'usinage grossier à haute efficacité du matériau graphite sont plus évidents.
La conductivité thermique du graphite est trois fois inférieure à celle du cuivre, et la chaleur générée lors du processus de décharge permet d'éliminer plus efficacement les matériaux métalliques. Par conséquent, l'efficacité de traitement du graphite est supérieure à celle des électrodes de cuivre pour les traitements moyens et fins.
Selon l'expérience de traitement, la vitesse de traitement de décharge de l'électrode en graphite est 1,5 à 2 fois plus rapide que celle de l'électrode en cuivre dans des conditions d'utilisation correctes.
1.2.Consommation d'électrodes.
L'électrode en graphite a le caractère de pouvoir résister aux conditions de courant élevé, en outre, dans des conditions de réglage d'ébauche appropriées, y compris les pièces en acier au carbone produites pendant l'usinage, l'élimination du contenu et le fluide de travail à haute température, la décomposition des particules de carbone, l'effet de polarité, sous l'action de l'élimination partielle du contenu, les particules de carbone adhéreront à la surface de l'électrode pour former une couche protectrice, assurant l'électrode en graphite dans une faible perte lors de l'usinage d'ébauche, voire « zéro déchet ».
La principale perte d'électrode en électroérosion provient de l'ébauche. Bien que le taux de perte soit élevé lors de la finition, la perte globale est faible grâce à la faible surépaisseur d'usinage réservée aux pièces.
En général, la perte d'une électrode en graphite est inférieure à celle d'une électrode en cuivre lors de l'usinage d'ébauche à fort courant et légèrement supérieure à celle d'une électrode en cuivre lors de l'usinage de finition. La perte d'une électrode en graphite est similaire.
1.3.La qualité de surface.
Le diamètre des particules de graphite affecte directement la rugosité de surface de l'électroérosion. Plus le diamètre est petit, plus la rugosité de surface obtenue est faible.
Il y a quelques années, en utilisant des particules de graphite de 5 microns de diamètre, la meilleure surface ne pouvait atteindre que l'EDM VDI18 (Ra0,8 microns), de nos jours, le diamètre des grains des matériaux en graphite a pu atteindre 3 microns de phi, la meilleure surface peut atteindre un EDM VDI12 stable (Ra0,4 mu m) ou un niveau plus sophistiqué, mais l'électrode en graphite pour l'EDM miroir.
Le cuivre présente une faible résistivité et une structure compacte, ce qui lui permet d'être usiné de manière stable dans des conditions difficiles. Sa rugosité de surface peut être inférieure à Ra0,1 m et il peut être usiné par miroir.
Ainsi, si l'usinage par décharge vise à obtenir une surface extrêmement fine, il est plus approprié d'utiliser un matériau en cuivre comme électrode, ce qui constitue le principal avantage de l'électrode en cuivre par rapport à l'électrode en graphite.
Mais l'électrode en cuivre sous des conditions de réglage de courant élevé, la surface de l'électrode est facile à devenir rugueuse, apparaît même des fissures, et les matériaux en graphite n'auraient pas ce problème, l'exigence de rugosité de surface pour VDI26 (Ra2,0 microns) concernant le traitement du moule, en utilisant une électrode en graphite peut être effectuée du traitement grossier au traitement fin, réalise l'effet de surface uniforme, les défauts de surface.
De plus, en raison de la structure différente du graphite et du cuivre, le point de corrosion par décharge superficielle de l'électrode en graphite est plus régulier que celui de l'électrode en cuivre. Par conséquent, pour une rugosité de surface égale ou supérieure à VDI20, la granulométrie de la pièce traitée par l'électrode en graphite est plus nette, et cet effet de surface granulaire est meilleur que celui de l'électrode en cuivre.
1.4.La précision de l'usinage.
Le coefficient de dilatation thermique du matériau graphite est faible, le coefficient de dilatation thermique du matériau cuivre est 4 fois supérieur à celui du matériau graphite, donc dans le traitement de décharge, l'électrode en graphite est moins sujette à la déformation que l'électrode en cuivre, ce qui peut obtenir une précision de traitement plus stable et plus fiable.
En particulier lorsque des nervures profondes et étroites sont traitées, la température locale élevée fait que l'électrode en cuivre se plie facilement, mais pas l'électrode en graphite.
Pour les électrodes en cuivre avec un rapport profondeur-diamètre important, une certaine valeur de dilatation thermique doit être compensée pour corriger la taille lors du réglage de l'usinage, tandis qu'une électrode en graphite n'est pas requise.
1.5.Poids de l'électrode.
Le matériau en graphite est moins dense que le cuivre et le poids de l'électrode en graphite du même volume n'est que de 1/5 de celui de l'électrode en cuivre.
On constate que l'utilisation du graphite est particulièrement adaptée aux électrodes de grand volume, ce qui réduit considérablement la charge de la broche des machines d'électroérosion. L'électrode, malgré son poids important, ne gêne pas le serrage et ne provoque pas de déformation lors de l'usinage. L'utilisation d'électrodes en graphite est donc essentielle pour l'usinage de moules à grande échelle.
1.6.Difficulté de fabrication des électrodes.
Les performances d'usinage du graphite sont excellentes. Sa résistance à la coupe est quatre fois inférieure à celle du cuivre. Dans des conditions d'usinage appropriées, l'efficacité d'usinage d'une électrode en graphite est deux à trois fois supérieure à celle d'une électrode en cuivre.
L'électrode en graphite est facile à nettoyer et peut être utilisée pour traiter la pièce qui doit être finie par plusieurs électrodes en une seule électrode.
La structure particulaire unique du matériau graphite empêche l'apparition de bavures après le fraisage et le formage de l'électrode, ce qui peut répondre directement aux exigences d'utilisation lorsque les bavures ne sont pas facilement éliminées dans la modélisation complexe, éliminant ainsi le processus de polissage manuel de l'électrode et évitant le changement de forme et l'erreur de taille causés par le polissage.
Il convient de noter que, comme le graphite est une accumulation de poussière, le fraisage du graphite produira beaucoup de poussière, la fraiseuse doit donc être équipée d'un joint et d'un dispositif de collecte de poussière.
S'il est nécessaire d'utiliser l'EDM pour traiter l'électrode en graphite, ses performances de traitement ne sont pas aussi bonnes que celles du cuivre, la vitesse de coupe est environ 40 % plus lente que celle du cuivre.
1.7.Installation et utilisation des électrodes.
Le graphite possède d'excellentes propriétés de liaison. Il peut être utilisé pour lier le graphite à la fixation par fraisage de l'électrode et décharge, ce qui permet d'éviter l'usinage des trous de vis sur l'électrode et de gagner du temps.
Le matériau en graphite est relativement cassant, en particulier l'électrode petite, étroite et longue, qui se casse facilement lorsqu'elle est soumise à une force externe pendant l'utilisation, mais on peut immédiatement savoir que l'électrode a été endommagée.
S'il s'agit d'une électrode en cuivre, elle se pliera uniquement et ne se cassera pas, ce qui est très dangereux et difficile à trouver lors de l'utilisation, et cela entraînera facilement la mise au rebut de la pièce.
1.8.Prix.
Le cuivre est une ressource non renouvelable, la tendance des prix deviendra de plus en plus chère, tandis que le prix du graphite tend à se stabiliser.
Le prix du cuivre a augmenté ces dernières années, les principaux fabricants de graphite améliorant le processus de production de graphite font de leur avantage concurrentiel, maintenant, sous le même volume, la généralité du prix du matériau d'électrode en graphite et le prix des matériaux d'électrode en cuivre sont assez, mais le graphite peut réaliser un traitement plus efficace que l'utilisation d'électrodes en cuivre pour économiser un grand nombre d'heures de travail, ce qui équivaut à réduire directement le coût de production.
Pour résumer, parmi les 8 caractéristiques edM de l'électrode en graphite, ses avantages sont évidents : l'efficacité de l'électrode de fraisage et du traitement de décharge est nettement meilleure que celle de l'électrode en cuivre ; la grande électrode a un faible poids, une bonne stabilité dimensionnelle, l'électrode mince n'est pas facile à déformer et la texture de surface est meilleure que l'électrode en cuivre.
L'inconvénient du matériau graphite est qu'il n'est pas adapté au traitement par décharge de surface fine sous VDI12 (Ra0,4 m), et l'efficacité de l'utilisation de l'edM pour fabriquer l'électrode est faible.
Cependant, d'un point de vue pratique, l'une des raisons importantes affectant la promotion efficace des matériaux en graphite en Chine est que des machines de traitement de graphite spéciales sont nécessaires pour le fraisage des électrodes, ce qui pose de nouvelles exigences pour les équipements de traitement des entreprises de moulage, certaines petites entreprises peuvent ne pas avoir cette condition.
En général, les avantages des électrodes en graphite couvrent la grande majorité des applications d'usinage par électroérosion et méritent d'être popularisés et appliqués, avec des bénéfices considérables à long terme. L'utilisation d'électrodes en cuivre permet de pallier les inconvénients liés à l'usinage de surface fin.
2. Sélection des matériaux d'électrodes en graphite pour l'EDM
Pour les matériaux en graphite, il existe principalement les quatre indicateurs suivants qui déterminent directement les performances des matériaux :
1) Diamètre moyen des particules du matériau
Le diamètre moyen des particules du matériau affecte directement les conditions de décharge du matériau.
Plus la particule moyenne du matériau graphite est petite, plus la décharge est uniforme, plus les conditions de décharge sont stables, meilleure est la qualité de surface et moins la perte est importante.
Plus la taille moyenne des particules est grande, meilleur est le taux d'élimination obtenu lors de l'usinage grossier, mais l'effet de surface de la finition est médiocre et la perte d'électrode est importante.
2) La résistance à la flexion du matériau
La résistance à la flexion d’un matériau est le reflet direct de sa résistance, indiquant l’étanchéité de sa structure interne.
Un matériau à haute résistance présente une résistance aux décharges relativement bonne. Pour une électrode de haute précision, il est recommandé de choisir un matériau à haute résistance, dans la mesure du possible.
3) Dureté Shore du matériau
Le graphite est plus dur que les matériaux métalliques et la perte de l'outil de coupe est supérieure à celle du métal de coupe.
Dans le même temps, la dureté élevée du matériau graphite dans le contrôle des pertes de décharge est meilleure.
4) La résistivité inhérente du matériau
Le taux de décharge du matériau graphite à haute résistivité inhérente sera plus lent que celui à faible résistivité.
Plus la résistivité inhérente est élevée, plus la perte d'électrode est faible, mais plus la résistivité inhérente est élevée, la stabilité de la décharge sera affectée.
À l’heure actuelle, de nombreuses qualités différentes de graphite sont disponibles auprès des principaux fournisseurs mondiaux de graphite.
En général, selon le diamètre moyen des particules des matériaux en graphite à classer, un diamètre de particule ≤ 4 m est défini comme du graphite fin, des particules de 5 à 10 m sont définies comme du graphite moyen, des particules de 10 m et plus sont définies comme du graphite grossier.
Plus le diamètre des particules est petit, plus le matériau est cher, plus le matériau graphite approprié peut être sélectionné en fonction des exigences et du coût de l'EDM.
3.Fabrication d'électrodes en graphite
L'électrode en graphite est principalement fabriquée par fraisage.
Du point de vue de la technologie de traitement, le graphite et le cuivre sont deux matériaux différents et leurs différentes caractéristiques de coupe doivent être maîtrisées.
Si l'électrode en graphite est traitée par le procédé de l'électrode en cuivre, des problèmes surviendront inévitablement, tels qu'une fracture fréquente de la feuille, ce qui nécessite l'utilisation d'outils de coupe et de paramètres de coupe appropriés.
L'usinage d'électrodes en graphite est plus efficace que l'usinage d'outils à électrodes en cuivre. Du point de vue économique, le choix d'un outil en carbure est le plus économique. Le choix d'un outil de revêtement diamanté (appelé couteau en graphite) est plus cher, mais la durée de vie de l'outil de revêtement diamanté est longue et la précision de traitement est élevée. L'avantage économique global est bon.
La taille de l'angle avant de l'outil affecte également sa durée de vie, l'angle avant de 0° de l'outil sera jusqu'à 50 % supérieur à l'angle avant de 15° de la durée de vie de l'outil, la stabilité de coupe est également meilleure, mais plus l'angle est grand, meilleure est la surface d'usinage, l'utilisation d'un angle de 15° de l'outil peut obtenir la meilleure surface d'usinage.
La vitesse de coupe dans l'usinage peut être ajustée en fonction de la forme de l'électrode, généralement 10 m/min, similaire à l'usinage de l'aluminium ou du plastique, l'outil de coupe peut être directement sur et hors de la pièce lors de l'usinage grossier, et le phénomène d'effondrement et de fragmentation de l'angle est facile à se produire lors de l'usinage de finition, et la méthode de marche rapide du couteau léger est souvent adoptée.
L'électrode en graphite dans le processus de coupe produira beaucoup de poussière, afin d'éviter que les particules de graphite ne soient inhalées par la broche et la vis de la machine, il existe actuellement deux solutions principales, l'une consiste à utiliser une machine de traitement de graphite spéciale, l'autre est le centre de traitement ordinaire remis à neuf, équipé d'un dispositif spécial de collecte de poussière.
La fraiseuse spéciale à grande vitesse en graphite sur le marché a une efficacité de fraisage élevée et peut facilement terminer la fabrication d'électrodes complexes avec une grande précision et une bonne qualité de surface.
Si l'EDM est nécessaire pour fabriquer une électrode en graphite, il est recommandé d'utiliser un matériau en graphite fin avec un diamètre de particules plus petit.
Les performances d'usinage du graphite sont médiocres, plus le diamètre des particules est petit, plus l'efficacité de coupe peut être obtenue et les problèmes anormaux tels que la rupture fréquente des fils et les franges de surface peuvent être évités.
4. Paramètres EDM de l'électrode en graphite
La sélection des paramètres EDM du graphite et du cuivre est assez différente.
Les paramètres de l'EDM comprennent principalement le courant, la largeur d'impulsion, l'intervalle d'impulsion et la polarité.
Ce qui suit décrit les bases d’une utilisation rationnelle de ces principaux paramètres.
La densité de courant d'une électrode en graphite est généralement de 10 à 12 A/cm², bien supérieure à celle d'une électrode en cuivre. Par conséquent, dans la plage de courant autorisée dans la zone correspondante, plus le courant sélectionné est élevé, plus la vitesse de décharge du graphite est rapide et plus les pertes par électrode sont faibles, mais la rugosité de surface est plus importante.
Plus la largeur d’impulsion est grande, plus la perte d’électrode sera faible.
Cependant, une largeur d'impulsion plus grande rendra la stabilité du traitement moins bonne, la vitesse de traitement plus lente et la surface plus rugueuse.
Afin de garantir une faible perte d'électrode lors de l'usinage grossier, une largeur d'impulsion relativement grande est généralement utilisée, ce qui peut réaliser efficacement un usinage à faible perte d'électrode en graphite lorsque la valeur est comprise entre 100 et 300 US.
Afin d'obtenir une surface fine et un effet de décharge stable, une largeur d'impulsion plus petite doit être choisie.
En général, la largeur d'impulsion de l'électrode en graphite est environ 40 % inférieure à celle de l'électrode en cuivre
L'intervalle d'impulsions affecte principalement la vitesse d'usinage par décharge et la stabilité de l'usinage. Plus la valeur est élevée, meilleure est la stabilité de l'usinage, ce qui contribue à une meilleure uniformité de surface, mais la vitesse d'usinage sera réduite.
Dans des conditions de garantie de stabilité du traitement, une efficacité de traitement plus élevée peut être obtenue en choisissant un intervalle d'impulsion plus petit, mais lorsque l'état de décharge est instable, une efficacité de traitement plus élevée peut être obtenue en choisissant un intervalle d'impulsion plus grand.
Dans l'usinage par décharge d'électrodes en graphite, l'écartement et la largeur d'impulsion sont généralement définis à 1:1, tandis que dans l'usinage par décharge d'électrodes en cuivre, l'écartement et la largeur d'impulsion sont généralement définis à 1:3.
Dans le cadre d'un traitement au graphite stable, le rapport de correspondance entre l'écart d'impulsion et la largeur d'impulsion peut être ajusté à 2:3.
Dans le cas d'une faible amplitude d'impulsion, il est avantageux de former une couche de recouvrement sur la surface de l'électrode, ce qui contribue à réduire la perte d'électrode.
La sélection de polarité de l'électrode en graphite dans l'EDM est fondamentalement la même que celle de l'électrode en cuivre.
Selon l'effet de polarité de l'EDM, l'usinage à polarité positive est généralement utilisé lors de l'usinage de l'acier de matrice, c'est-à-dire que l'électrode est connectée au pôle positif de l'alimentation électrique et la pièce est connectée au pôle négatif de l'alimentation électrique.
Grâce à un courant et une largeur d'impulsion élevés, l'usinage en polarité positive permet d'obtenir des pertes d'électrode extrêmement faibles. Une polarité incorrecte peut entraîner des pertes d'électrode très importantes.
Uniquement lorsque la surface doit être finement traitée à moins de VDI18 (Ra0,8 m) et que la largeur d'impulsion est très petite, le traitement de polarité négative est utilisé pour obtenir une meilleure qualité de surface, mais la perte d'électrode est importante.
Désormais, les machines-outils CNC edM sont équipées de paramètres d'usinage par décharge de graphite.
L'utilisation des paramètres électriques est intelligente et peut être générée automatiquement par le système expert de la machine-outil.
En règle générale, la machine peut configurer les paramètres de traitement optimisés en sélectionnant la paire de matériaux, le type d'application, la valeur de rugosité de surface et en saisissant la zone de traitement, la profondeur de traitement, la mise à l'échelle de la taille de l'électrode, etc. pendant la programmation.
Ensemble pour électrode en graphite de la bibliothèque d'outils de machine EDM riche en paramètres de traitement, le type de matériau peut être choisi dans le graphite grossier, le graphite, le graphite correspond à une variété de matériaux de pièce, pour subdiviser le type d'application pour la norme, la rainure profonde, la pointe acérée, la grande surface, la grande cavité, comme la finesse, fournit également une faible perte, une norme, une efficacité élevée et ainsi de suite les nombreux types de choix de priorité de traitement.
5.Conclusion
Le nouveau matériau d'électrode en graphite mérite d'être popularisé vigoureusement et ses avantages seront progressivement reconnus et acceptés par l'industrie nationale de fabrication de moules.
La sélection correcte des matériaux d'électrodes en graphite et l'amélioration des liens technologiques associés apporteront une efficacité élevée, une qualité élevée et un faible coût aux entreprises de fabrication de moules.
Date de publication : 4 décembre 2020