استخدام أقطاب الجرافيت في تصنيع القوالب - تشغيل الآلات بالتفريغ الكهربائي

1. خصائص EDM للمواد الجرافيتية.

1.1.سرعة تفريغ الآلات.

الجرافيت هو مادة غير معدنية ذات نقطة انصهار عالية جدًا تبلغ 3650 درجة مئوية، في حين أن النحاس له نقطة انصهار تبلغ 1083 درجة مئوية، لذلك يمكن لقطب الجرافيت أن يتحمل ظروف ضبط التيار الأكبر.
عندما تكون مساحة التفريغ ومقياس حجم القطب أكبر، تصبح مزايا المعالجة الخشنة عالية الكفاءة لمادة الجرافيت أكثر وضوحًا.
الموصلية الحرارية للجرافيت تساوي ثلث الموصلية الحرارية للنحاس، ويمكن استخدام الحرارة المتولدة أثناء عملية التفريغ لإزالة المواد المعدنية بكفاءة أكبر. لذلك، تكون كفاءة معالجة الجرافيت أعلى من كفاءة معالجة أقطاب النحاس في المعالجة المتوسطة والدقيقة.
وفقًا لتجربة المعالجة، فإن سرعة معالجة تفريغ قطب الجرافيت أسرع بمقدار 1.5 إلى 2 مرة من سرعة معالجة تفريغ قطب النحاس في ظل ظروف الاستخدام الصحيحة.

1.2. استهلاك الأقطاب الكهربائية.

يتميز قطب الجرافيت بالشخصية التي يمكنها تحمل ظروف التيار العالي، بالإضافة إلى ذلك، في ظل ظروف الإعداد الخشن المناسب، بما في ذلك قطع العمل المصنوعة من الفولاذ الكربوني الناتجة أثناء إزالة المحتوى وسائل العمل عند تحلل جزيئات الكربون بدرجة حرارة عالية، وتأثير القطبية، تحت تأثير الإزالة الجزئية للمحتوى، سوف تلتصق جزيئات الكربون بسطح القطب لتشكيل طبقة واقية، مما يضمن قطب الجرافيت في خسارة صغيرة في التشغيل الخشن، أو حتى "صفر نفايات".
يأتي فقدان الأقطاب الرئيسي في عملية التفريغ الكهربائي من التشغيل الخشن. ورغم ارتفاع معدل الفقد في ظروف التشغيل النهائية، إلا أن الخسارة الإجمالية منخفضة أيضًا نظرًا لصغر مساحة التشغيل المخصصة للأجزاء.
بشكل عام، يكون فقدان قطب الجرافيت أقل من فقدان قطب النحاس في التشغيل الخشن ذي التيار العالي، ويزيد قليلاً عن فقدان قطب النحاس في التشغيل النهائي. ويتشابه فقدان قطب الجرافيت.

1.3.جودة السطح.

يؤثر قطر جسيمات مادة الجرافيت بشكل مباشر على خشونة سطح التفريغ الكهربائي. كلما صغر القطر، انخفضت خشونة السطح.
قبل بضع سنوات، كان يتم استخدام جزيئات phi التي يبلغ قطرها 5 ميكرون من مادة الجرافيت، وكان أفضل سطح يمكن أن يحقق فقط VDI18 edm (Ra0.8 ميكرون)، أما الآن فقد أصبح قطر حبيبات مواد الجرافيت قادراً على تحقيقه في حدود 3 ميكرون من phi، ويمكن لأفضل سطح أن يحقق VDI12 edm مستقر (Ra0.4 ميكرومتر) أو مستوى أكثر تطوراً، ولكن قطب الجرافيت يعكس edm.
تتميز مادة النحاس بمقاومة منخفضة وبنية مدمجة، ويمكن معالجتها بثبات في ظل ظروف صعبة. خشونة سطحها أقل من Ra0.1 متر، ويمكن معالجتها بالمرآة.

وبالتالي، إذا كانت عملية التفريغ تهدف إلى سطح ناعم للغاية، فمن المناسب أكثر استخدام مادة النحاس كقطب كهربائي، وهي الميزة الرئيسية لقطب النحاس مقارنة بقطب الجرافيت.
ولكن تحت ظروف التيار الكبير، يصبح سطح القطب خشنًا بسهولة، ويظهر حتى الشقوق، ولن تواجه مواد الجرافيت هذه المشكلة، ومتطلبات خشونة السطح لـ VDI26 (Ra2.0 ميكرون) حول معالجة القالب، باستخدام قطب الجرافيت يمكن أن يتم من المعالجة الخشنة إلى المعالجة الدقيقة، مما يحقق تأثير السطح الموحد، وعيوب السطح.
بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لاختلاف بنية الجرافيت والنحاس، فإن نقطة تآكل تفريغ سطح قطب الجرافيت أكثر انتظامًا من قطب النحاس. لذلك، عند معالجة نفس خشونة سطح VDI20 أو أعلى، تكون حبيبات سطح قطعة العمل المعالجة بقطب الجرافيت أكثر وضوحًا، ويكون تأثير سطح الحبيبات هذا أفضل من تأثير سطح تفريغ قطب النحاس.

1.4.دقة التصنيع.

معامل التمدد الحراري لمادة الجرافيت صغير، ومعامل التمدد الحراري لمادة النحاس هو 4 مرات من مادة الجرافيت، لذلك في معالجة التفريغ، يكون قطب الجرافيت أقل عرضة للتشوه من قطب النحاس، مما يمكن الحصول على دقة معالجة أكثر استقرارًا وموثوقية.
وخاصة عندما تتم معالجة الضلع العميق والضيق، فإن درجة الحرارة العالية المحلية تجعل قطب النحاس ينحني بسهولة، ولكن قطب الجرافيت لا يفعل ذلك.
بالنسبة لإلكترود النحاسي ذو نسبة عمق إلى قطر كبيرة، يجب تعويض قيمة معينة للتمدد الحراري لتصحيح الحجم أثناء ضبط الآلات، في حين لا تكون هناك حاجة لإلكترود الجرافيت.

1.5.وزن القطب.

تعتبر مادة الجرافيت أقل كثافة من النحاس، ووزن قطب الجرافيت من نفس الحجم هو 1/5 فقط من وزن قطب النحاس.
يتضح أن استخدام الجرافيت مناسب جدًا للأقطاب الكهربائية كبيرة الحجم، مما يُخفف بشكل كبير من حمل مغزل آلة التفريغ الكهربائي. بفضل وزنه الكبير، لا يُسبب القطب الكهربائي أي صعوبة في التثبيت، كما يُنتج إزاحة انحراف أثناء المعالجة. لذا، يُعد استخدام قطب الجرافيت في معالجة القوالب واسعة النطاق أمرًا بالغ الأهمية.

1.6.صعوبة تصنيع الأقطاب الكهربائية.

أداء تشغيل مادة الجرافيت ممتاز. مقاومة القطع لا تتجاوز ربع مقاومة النحاس. في ظل ظروف المعالجة الصحيحة، تزيد كفاءة طحن أقطاب الجرافيت بمقدار مرتين إلى ثلاث مرات عن كفاءة أقطاب النحاس.
من السهل تنظيف زاوية القطب الجرافيتي، ويمكن استخدامه لمعالجة قطعة العمل التي يجب الانتهاء منها بواسطة أقطاب متعددة في قطب واحد.
يمنع الهيكل الجزيئي الفريد لمادة الجرافيت حدوث نتوءات بعد طحن وتشكيل القطب، مما يمكن أن يلبي متطلبات الاستخدام بشكل مباشر عندما لا يمكن إزالة النتوءات بسهولة في النمذجة المعقدة، وبالتالي القضاء على عملية التلميع اليدوي للقطب وتجنب تغيير الشكل وخطأ الحجم الناجم عن التلميع.

تجدر الإشارة إلى أنه نظرًا لأن الجرافيت عبارة عن تراكم للغبار، فإن طحن الجرافيت سوف ينتج الكثير من الغبار، لذلك يجب أن تحتوي ماكينة الطحن على جهاز ختم وجمع الغبار.
إذا كان من الضروري استخدام edM لمعالجة قطب الجرافيت، فإن أداء معالجته ليس جيدًا مثل مادة النحاس، وسرعة القطع أبطأ من النحاس بنسبة 40%.

1.7.تركيب الأقطاب الكهربائية واستخدامها.

تتميز مادة الجرافيت بخصائص ربط ممتازة. يمكن استخدامها لربط الجرافيت بالتركيبات عن طريق طحن القطب الكهربائي وتفريغه، مما يوفر وقت العمل ويسهل عملية تشكيل ثقوب البراغي على مادة القطب الكهربائي.
مادة الجرافيت هشة نسبيًا، وخاصةً القطب الكهربائي الصغير والضيق والطويل، والذي من السهل كسره عند تعرضه لقوة خارجية أثناء الاستخدام، ولكن يمكن معرفة على الفور أن القطب الكهربائي قد تعرض للتلف.
إذا كان القطب الكهربائي من النحاس، فسوف ينحني فقط ولن ينكسر، وهو أمر خطير للغاية ويصعب العثور عليه في عملية الاستخدام، وسوف يؤدي بسهولة إلى خردة قطعة العمل.

1.8.السعر.

مادة النحاس هي مورد غير متجدد، ومن المتوقع أن يصبح اتجاه الأسعار أكثر وأكثر تكلفة، في حين يميل سعر مادة الجرافيت إلى الاستقرار.
في السنوات الأخيرة، ارتفعت أسعار المواد النحاسية، وقامت الشركات المصنعة الكبرى للجرافيت بتحسين عملية إنتاج الجرافيت لتحقيق ميزتها التنافسية، والآن، تحت نفس الحجم، فإن سعر مادة قطب الجرافيت وسعر مواد قطب النحاس هو تماما، ولكن الجرافيت يمكن أن يحقق معالجة فعالة، من استخدام قطب النحاس لتوفير عدد كبير من ساعات العمل، وهو ما يعادل تقليل تكلفة الإنتاج بشكل مباشر.

باختصار، من بين خصائص edM الثمانية للقطب الجرافيتي، مزاياه واضحة: كفاءة طحن القطب ومعالجة التفريغ أفضل بكثير من كفاءة القطب النحاسي؛ القطب الكبير له وزن صغير، واستقرار أبعاد جيد، والقطب الرقيق ليس من السهل تشويهه، والملمس السطحي أفضل من القطب النحاسي.
إن عيب مادة الجرافيت هو أنها غير مناسبة لمعالجة التفريغ السطحي الدقيق تحت VDI12 (Ra0.4 m)، وكفاءة استخدام edM لصنع القطب منخفضة.
ومع ذلك، من وجهة نظر عملية، فإن أحد الأسباب المهمة التي تؤثر على الترويج الفعال لمواد الجرافيت في الصين هو أن هناك حاجة إلى آلة معالجة الجرافيت الخاصة لطحن الأقطاب الكهربائية، مما يطرح متطلبات جديدة لمعدات المعالجة الخاصة بشركات القوالب، وقد لا تتمتع بعض الشركات الصغيرة بهذا الشرط.
بشكل عام، تغطي مزايا أقطاب الجرافيت معظم عمليات معالجة التفريغ الكهربائي، وهي جديرة بالترويج والتطبيق، مع فوائد كبيرة على المدى الطويل. يمكن تعويض نقص معالجة الأسطح الدقيقة باستخدام أقطاب النحاس.

2. اختيار مواد أقطاب الجرافيت لـ EDM

بالنسبة لمواد الجرافيت، هناك بشكل أساسي المؤشرات الأربعة التالية التي تحدد بشكل مباشر أداء المواد:

1) متوسط ​​قطر جسيم المادة

يؤثر متوسط ​​قطر جسيم المادة بشكل مباشر على حالة تفريغ المادة.
كلما كان متوسط ​​جسيم مادة الجرافيت أصغر، كان التفريغ أكثر انتظامًا، وكانت حالة التفريغ أكثر استقرارًا، وكانت جودة السطح أفضل، وكانت الخسارة أقل.
كلما كان حجم الجسيمات المتوسط ​​أكبر، يمكن الحصول على معدل إزالة أفضل في التشغيل الخشن، ولكن تأثير السطح للتشطيب ضعيف وفقدان القطب كبير.

2) قوة انحناء المادة

إن قوة انثناء المادة هي انعكاس مباشر لقوتها، مما يدل على إحكام بنيتها الداخلية.
تتميز المادة عالية القوة بمقاومة تفريغ جيدة نسبيًا. بالنسبة للأقطاب الكهربائية عالية الدقة، يُنصح باختيار مادة عالية القوة قدر الإمكان.

3) صلابة الشاطئ للمادة

يعتبر الجرافيت أقوى من المواد المعدنية، كما أن خسارة أداة القطع أكبر من خسارة المعدن القاطع.
في نفس الوقت، فإن الصلابة العالية لمادة الجرافيت في التحكم في فقدان التفريغ أفضل.

4) المقاومة الكامنة للمادة

سيكون معدل تفريغ مادة الجرافيت ذات المقاومة الذاتية العالية أبطأ من تلك ذات المقاومة الذاتية المنخفضة.
كلما زادت المقاومة الكامنة، كلما كانت خسارة القطب أصغر، ولكن كلما زادت المقاومة الكامنة، سيتأثر استقرار التفريغ.

في الوقت الحاضر، هناك العديد من الدرجات المختلفة من الجرافيت المتاحة من كبار موردي الجرافيت في العالم.
بشكل عام، وفقًا لمتوسط ​​قطر جسيمات مواد الجرافيت التي يجب تصنيفها، يتم تعريف الجسيمات التي يبلغ قطرها ≤ 4 م على أنها جرافيت ناعم، ويتم تعريف الجسيمات في 5 ~ 10 م على أنها جرافيت متوسط، ويتم تعريف الجسيمات في 10 م أعلاه على أنها جرافيت خشن.
كلما كان قطر الجسيمات أصغر، كلما كانت المادة أكثر تكلفة، ويمكن اختيار مادة الجرافيت الأكثر ملاءمة وفقًا لمتطلبات وتكلفة EDM.

3. تصنيع أقطاب الجرافيت

يتم تصنيع قطب الجرافيت بشكل أساسي عن طريق الطحن.
من وجهة نظر تكنولوجيا المعالجة، يعتبر الجرافيت والنحاس مادتين مختلفتين، ويجب إتقان خصائص القطع المختلفة الخاصة بهما.
إذا تمت معالجة قطب الجرافيت بواسطة عملية قطب النحاس، فستحدث مشاكل حتما، مثل الكسر المتكرر للورقة، الأمر الذي يتطلب استخدام أدوات القطع ومعلمات القطع المناسبة.

إن تشغيل أداة أقطاب الجرافيت أكثر اقتصادا من تشغيل أداة أقطاب النحاس، من الناحية الاقتصادية، فإن اختيار أداة الكربيد هو الأكثر اقتصادا، واختيار أداة طلاء الماس (وتسمى سكين الجرافيت) هو أكثر تكلفة، ولكن أداة طلاء الماس لها عمر خدمة طويل، ودقة معالجة عالية، والفائدة الاقتصادية الشاملة جيدة.
يؤثر حجم الزاوية الأمامية للأداة أيضًا على عمر خدمتها، وستكون الزاوية الأمامية 0 درجة للأداة أعلى بنسبة تصل إلى 50% من الزاوية الأمامية 15 درجة من عمر خدمة الأداة، كما أن استقرار القطع أفضل، ولكن كلما كانت الزاوية أكبر، كلما كان سطح التشغيل أفضل، واستخدام زاوية 15 درجة للأداة يمكن أن يحقق أفضل سطح تشغيل.
يمكن تعديل سرعة القطع في التصنيع وفقًا لشكل القطب، وعادة ما تكون 10 م/دقيقة، على غرار تصنيع الألومنيوم أو البلاستيك، ويمكن وضع أداة القطع مباشرة على قطعة العمل وإيقافها في التصنيع الخشن، وظاهرة انهيار الزاوية والتفتت تحدث بسهولة في التصنيع النهائي، وغالبًا ما يتم اعتماد طريقة المشي السريع للسكين الخفيف.

سوف ينتج عن قطب الجرافيت الكثير من الغبار في عملية القطع، ومن أجل تجنب استنشاق جزيئات الجرافيت في المغزل والماكينة، هناك حلين رئيسيين في الوقت الحاضر، أحدهما استخدام آلة معالجة الجرافيت الخاصة، والآخر هو مركز المعالجة العادي الذي تم تجديده، ومجهز بجهاز خاص لجمع الغبار.
تتميز آلة طحن الجرافيت عالية السرعة الخاصة الموجودة في السوق بكفاءة طحن عالية ويمكنها إكمال تصنيع الأقطاب الكهربائية المعقدة بسهولة بدقة عالية وجودة سطح جيدة.

إذا كانت هناك حاجة إلى EDM لصنع قطب الجرافيت، فمن المستحسن استخدام مادة الجرافيت الدقيقة ذات قطر الجسيمات الأصغر.
إن أداء تشغيل الجرافيت ضعيف، وكلما كان قطر الجسيمات أصغر، كلما أمكن الحصول على كفاءة قطع أعلى، ويمكن تجنب المشاكل غير الطبيعية مثل كسر الأسلاك المتكرر والهامش السطحي.

4. معلمات EDM لقطب الجرافيت

يختلف اختيار معلمات EDM للجرافيت والنحاس بشكل كبير.
تشتمل معلمات EDM بشكل أساسي على التيار وعرض النبضة وفجوة النبضة والقطبية.
وفيما يلي وصف للأساس اللازم لاستخدام هذه المعلمات الرئيسية بشكل عقلاني.

تتراوح كثافة تيار قطب الجرافيت عادةً بين 10 و12 أمبير/سم²، وهي أعلى بكثير من كثافة تيار قطب النحاس. لذلك، ضمن نطاق التيار المسموح به في المنطقة المقابلة، كلما زاد التيار، زادت سرعة معالجة تفريغ الجرافيت، وانخفض فقدان القطب، ولكن خشونة السطح ستكون أكثر سمكًا.

كلما كان عرض النبضة أكبر، كلما كانت خسارة القطب أقل.
ومع ذلك، فإن عرض النبضة الأكبر من شأنه أن يجعل استقرار المعالجة أسوأ، وسرعة المعالجة أبطأ والسطح أكثر خشونة.
من أجل ضمان خسارة منخفضة للقطب الكهربائي أثناء التشغيل الخشن، يتم عادةً استخدام عرض نبضة كبير نسبيًا، مما يمكنه تحقيق خسارة منخفضة في تشغيل القطب الكهربائي الجرافيتي بشكل فعال عندما تكون القيمة بين 100 و300 وحدة أمريكية.
من أجل الحصول على سطح ناعم وتأثير تفريغ مستقر، يجب اختيار عرض نبضة أصغر.
بشكل عام، يكون عرض النبضة لقطب الجرافيت أقل بنحو 40% من عرض النبضة لقطب النحاس

تؤثر فجوة النبضة بشكل رئيسي على سرعة تشغيل التفريغ واستقرار التشغيل. كلما زادت القيمة، تحسن استقرار التشغيل، مما يساعد على تحسين تجانس السطح، ولكن مع انخفاض سرعة التشغيل.
في ظل حالة ضمان استقرار المعالجة، يمكن الحصول على كفاءة معالجة أعلى عن طريق اختيار فجوة نبضية أصغر، ولكن عندما تكون حالة التفريغ غير مستقرة، يمكن الحصول على كفاءة معالجة أعلى عن طريق اختيار فجوة نبضية أكبر.
في عملية تفريغ أقطاب الجرافيت، عادة ما يتم ضبط فجوة النبضة وعرض النبضة عند 1:1، بينما في عملية تفريغ أقطاب النحاس، عادة ما يتم ضبط فجوة النبضة وعرض النبضة عند 1:3.
في ظل معالجة الجرافيت المستقرة، يمكن تعديل نسبة المطابقة بين فجوة النبضة وعرض النبضة إلى 2:3.
في حالة وجود خلوص نبضي صغير، من المفيد تكوين طبقة تغطية على سطح القطب، مما يساعد على تقليل فقدان القطب.

إن اختيار قطبية القطب الجرافيتي في EDM هو في الأساس نفس اختيار القطب النحاسي.
وفقًا لتأثير قطبية EDM، يتم عادةً استخدام المعالجة القطبية الإيجابية عند معالجة الفولاذ القالب، أي أن القطب متصل بالقطب الموجب لمصدر الطاقة، ويتم توصيل قطعة العمل بالقطب السالب لمصدر الطاقة.
باستخدام تيار كبير وعرض نبضة كبيرين، يمكن تحقيق فقدان منخفض جدًا للأقطاب الكهربائية باختيار المعالجة بالقطبية الموجبة. في حال كانت القطبية غير صحيحة، يصبح فقدان الأقطاب الكهربائية كبيرًا جدًا.
فقط عندما يكون المطلوب معالجة السطح بدقة أقل من VDI18 (Ra0.8 م) وعرض النبضة صغير جدًا، يتم استخدام معالجة القطبية السلبية للحصول على جودة سطح أفضل، ولكن فقدان القطب كبير.

الآن تم تجهيز آلات CNC edM بمعلمات تصنيع تفريغ الجرافيت.
يعد استخدام المعلمات الكهربائية ذكيًا ويمكن توليدها تلقائيًا بواسطة نظام الخبراء في أداة الماكينة.
بشكل عام، يمكن للآلة تكوين معلمات المعالجة المُحسّنة عن طريق تحديد زوج المواد ونوع التطبيق وقيمة خشونة السطح وإدخال منطقة المعالجة وعمق المعالجة ومقياس حجم القطب وما إلى ذلك أثناء البرمجة.
مجموعة من معلمات المعالجة الغنية لآلة التفريغ الكهربائي الكهربائي، يمكن اختيار نوع المادة في الجرافيت الخشن، الجرافيت، الجرافيت يتوافق مع مجموعة متنوعة من مواد قطعة العمل، لتقسيم نوع التطبيق للمعيار، الأخدود العميق، النقطة الحادة، المساحة الكبيرة، التجويف الكبير، مثل الناعم، كما يوفر خسارة منخفضة، معيار، كفاءة عالية وما إلى ذلك العديد من أنواع اختيار أولوية المعالجة.

5.الخاتمة

إن مادة أقطاب الجرافيت الجديدة تستحق الترويج لها بقوة وسيتم التعرف على مزاياها وقبولها تدريجياً من قبل صناعة تصنيع القوالب المحلية.
إن الاختيار الصحيح لمواد أقطاب الجرافيت وتحسين الروابط التكنولوجية ذات الصلة سيجلب كفاءة عالية وجودة عالية وفائدة منخفضة التكلفة لمؤسسات تصنيع القوالب