A szikraforgácsolás anyagai II.

Tömbös szikraforgácsolás

Grafit elektróda

Hogy milyen elektródával dolgozunk, rézzel vagy grafittal, azt főleg az dönti el, hogy hol dolgozunk. A tömbös szikraforgácsolásnál alkalmazott elektróda esete azon kevesek közé tartozik, melyet jelentősen befolyásolnak a gépgyártási tradíciók. Amerikában az esetek 85 %-ban grafit elektródát alkalmaznak, csak olyan esetekben váltanak, amit grafittal nem lehet megoldani. Ezzel ellentétben, Európában a réz a legelterjedtebb elektróda anyag. A multinacionális cégek térnyerése miatt a technológiai és technikai tradíciók határai is kezdenek elmosódni, de az elektróda választás esetében ez még ma is észrevehető.

A grafit legnagyobb előnye, hogy nem olvad, hanem szublimál. Vagyis a hőmérséklet és nyomás emelkedés hatására nem megy át folyékony halmazállapotba, egyből gáz formában oldódik az elektrolit folyadékban. Így a korábban említett „átöblíthetőség” terén kiemelkedően viselkedik.  Mechanikai tulajdonságai mind előnyére, mind hátrányára szólnak. Alacsony sűrűsége ideálissá teszi nagyméretű elektródák gyártására. Szilárdsága gyengébb, mint a fémes elektródáké, így sérülékennyé teszik.

Grafit elektróda

Grafit elektróda

Gyárthatóság szempontjából a grafit kiemelkedő. Könnyen marható-fúrható, akár köszörülhető is. Forgácsolás során nem képződik sorja, így az időigényes sorjázási művelet kihagyható. Marás szempontjából bonyolult alakzatok esetén, több szerszám átállásos technológiánál hangsúlyosan figyelni kell a marási irányra. Csak egyenirányú marás ajánlott grafit megmunkálásnál. Ellenirányú marás esetén a szerszám az forgácsot/leválasztott anyagmennyiséget sarokmarásnál a munkadarabtól kifelé tolja, így a grafit ridegsége miatt az éleknél kitöredezhet, mely kritikusabb hiba, mint a sorjázódás.

Termikus és elektromos jellegű anyagtulajdonságai ideálissá teszik elektróda anyaggá. Ám hátrányi is vannak, mely okainak megértéséhez ismernünk kell a gyártástechnológiáját a grafit előgyártmánynak. Petrol származékokból állítják elő a szénport, melyet nagy nyomással és/vagy elektrosztatikus elven összepréselnek. Így a grafit elektródaanyag nem tömör, hanem porózus. Az általános szemcsemérete az egyik legjellemzőbb tulajdonsága. Az általános felhasználású grafit elektródák szemcseátmérője körülbelül 20-40 μm, a jobb minőségű grafitoké 10-20 μm, míg a prémium kategóriás elektródaanyagoké akár kisebb, mint 5 μm. Porózus szerkezete befolyásolja az előállítható felületi minőséget, hiszen a grafit felületét „másoljuk át” a munkadarab felületére. Így a főbb technológiai paraméterek mellett fontos szempont az elektróda szemcsemérete is, hiszen grafit megmunkáláshoz szükséges forgácsolási paraméterek jellemzője a nagyobb fordulatszámok, vágósebességek, vagyis kisebb erők, melyek nem feltétlenül képesek a szemcséket elvágni. Továbbá a szemcsék csak pontszerűen érintkeznek egymással (ebből adódik a porózus szerkezet), így terhelés hatására (pl. marószerszám éle) a szemcsék a kisebb ellenállás irányába mozdulnak el, vagyis előbb kifordulnak helyükről, mintsem elnyíródnának. Az általános szemcseméret csökkentésével ez a hatás csökkenthető, de az ára is nő az elektródának.

Grafit elektróda előgyártmány

Grafit elektróda előgyártmány

Hátránya továbbá, hogy a grafitnak porszerű forgácsa van, mely egyrészt a gépi környezetet könnyen roncsolhatja, másrészt hosszútávon az emberi egészségre is veszélyes lehet. Porózus szerkezete miatt hajlamos a vízfelvételre, mely a forgácsolás minőségét drasztikusan befolyásolhatja. Hosszabb tárolás esetén, párás környezetű üzemekben javasolt az anyag szárítása.

Réz és egyéb fémes elektródák

A réz (sárga és vörös) az egyik legelső elektróda anyag. Manapság (főleg Európában) kezdenek áttérni a grafitra a fentebb említett tulajdonságai miatt. A réz nehezebben forgácsolható, mint a grafit. Körülbelül másod- harmad akkora előtolásokkal lehet dolgozni, hajlamos a sorjázódásra, köszörülése körülményes, mivel a réz hajlamos lehet megolvadni, és feltapadni a köszörűkorongra. Tárolása nem olyan körülményes, mint a grafité, nem nedvesedik fel. Nagy mennyiségű anyagleválasztás esetén a réz anyagában helyi szinten belső feszültségek keletkezhetnek, mely szintén lokális szinten módosítják az anyag elektromos tulajdonságait, mely inhomogén forgácsolási felületet eredményez. Gyakori eljárás nagy mennyiségű forgácsleválasztás után a réz feszültségmentesítése minimális hőkezeléssel és/vagy pihentetéssel. A réz a technológia paramétereinek függvényében gyorsabban használódik el, mint a grafit elektróda. Mindezen hátrányai ellenére a mai napig előszeretettel alkalmazzák. A grafittal szemben a legnagyobb előnye az előállítható felületi érdesség. Alapvetően a tömbszikrázás – mint bármelyik szikraforgácsolási művelet – nem a tömeggyártás technológiái közé tartozik, így elvárható a kiváló pontosság és felületi érdesség (akár Ra 0,2). A réz páratlan tulajdonsága, hogy az elektróda felületén egyenletesen képes megoszlatni a töltéseket, így bizonyos kereteken belül az elektróda geometriai kialakításától kis mértékben függ a töltésmegoszlás.

Vörösréz elektródák, szerszámtárban

Vörösréz elektródák, szerszámtárban

A réz gyakori ötvöző anyaga a wolfram, kis százalékban adagolt wolfram nagymértékben képes javítani mind a forgácsolhatóságán, mind a belsőfeszültségek kialakulására való hajlandóságán. Ritka, de alkalmaznak speciális technológiáknál ezüstöt, illetve ezüst-wolframot. Kisméretű, kis rádiuszokkal ellátott munkadaraboknál a tiszta wolfram, vagy wolfram-karbid a bevált elektróda anyag, kiváló hőalaktartósága, merevsége miatt. A wolfram-karbidnak van a mai ismert elektróda anyagok között a legkisebb fajlagos fogyása/kopása használat közben.

Összefoglalás

Már számos cikkben hoztuk az alábbi következtetést, melyet ismételten le kell vonnunk: „Nincs legjobb gép, technológia és szerszám. Csak jól használt gép, technológia és szerszám létezik”. Mindegyik huzal és tömb anyagnak megvan a maga előnye és hátránya, az alkalmazása, a gép állapota – és természetesen – a technológus és a gépkezelő szakértelme dönti el az anyag „jóságát”. Számos elektróda anyag elkopott a használatból, vannak melyek töretlenül a hétköznapi üzemi alkalmazásban előfordulnak. Próbálkoztak korábban acél magos kompozit huzalokkal, alumínium huzalokkal, vannak kísérletek műanyag magos-fém bevonatos tömb elektródák gyártására, de ne feledjük: szerszámot nem a tudás, a szakértelem, a végzettség, vagy a CNCMédián leközölt cikkek koptatják – a szerszámot a használat koptatja. Amelyik technológia, gép vagy anyag kiállja az idő próbáját, arról érdemes beszélni.

Szerző:Juhász Miklós

Forrás:
http://www.datron.com/Graphite_Electrode_Copper_Electrode.html
http://www.coidan.com/edm-spark-erosion.htm
http://b2b.bridgat.com/professional_manufacturer_of_graphite_electrodes-o24332.html
http://www.directindustry.com/prod/f-tool-international-ag/product-51484-402599.html
http://www.alphatech-web.com/?q=programming/edm-electrode-programs
http://www.indiamart.com/saruprecision-wiresltd/edm-wire.html
http://www.directindustry.com/prod/saturn-industries/product-56674-591036.html
http://www.edmtodaymagazine.com/AAweb2_2010/TechTips2010/TechTips2009/TechTipsJlyAug09.pdf
http://www.verosoftware.com/news/articles/TVB-GmbH-Speeds-Up-Electrode-Production-With-VISI