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                                                                                        電火花放電EDM電極的選擇


選擇適合的電極材料是電火花加工設計方法的重要決策,我們從電極材料的特性以及性能特征出發,分析了電火花放電選擇的一般原則。

電極材料特性對電火花加工的影響

1. 導電率。因為電流是“切割工具”,高的導電率(反之低電阻率)提高切割效率。

2. 熔點。EDM是一種熱加工過程,可以合理假設電極材料的熔點越高,電極與工件之間的磨損越小。

3. 化學性能。如在線切割中,電極材料的化學性能對加工效率(以速度及磨損來衡量)有非常大的影響。

4. 結構完整性。雖然EDM經常被看著是“零力”加工過程,但是從微觀來看每個單獨的火花都是非常暴力的過程,對電極材料產生相當大的壓力。電極材料表面承受成千上萬這種攻擊,是確定電極材料關于磨損、表面光潔度、抗差的沖洗能力性能的重要因素。

5. 機械性能。機械性能經常通過以下幾點來衡量:

1) 抗拉強度。

2) 橫向抗裂強度(如果適用)

3) 粒度(如果適用)

4) 硬度

這些機械性能同時影響電極的生產及電極在電火花加工過程中的性能。

6. 可加工性。有效的電極材料部分取決于制造有用電極的難度,因素如下:

1)機械加工性

2)穩定性

3)毛刺形成及去除

7. 成本

電極磨損的定義及測量

經過前面對電極材料的分析及比較,現在來討論及定義這個在電火花加工的關鍵因素。以下兩個測量值對充分定義電極磨損必不可少。

端部磨損

端部磨損是指從電極低端到燃燒腔深度之間電極材料損失的百分比

角磨損

角磨損是從外部90°到相對應內部90°電極材料損失(從燃燒方向測量,一般為Z)長度的百分比(如圖3)。應該注意的是角磨損一般比端部磨損更具意義,因為角部會同時受到大量的來自各個方向的火花攻擊,還應該注意電極外部銳角的坡口角度對角磨損有顯著的影響,因為角磨損是角部從表面到體積比率的函數(圖3)。

低磨耗灼燒

電極磨損不僅僅是電極屬性的作用,也是電源設置的作用。低損耗過程的物理性能超出了這篇文章的范圍,但是可以簡化成特定的電極-工件、兩級、峰值電流、定時電流的結合,在火花持續期間從電極表面上脫落的材料重新被鍍回電極表面。應注意的是重新被鍍會的材料是電極、工件及電介質的結合體,在性能上同電極本身有很大的區別。低磨損灼燒通常結合電極正極同時持續一段時間。在理想情況下,電極實際上會增長而不是磨損。不用說,這不是一個令人滿意的結果,因為電極體積的控制不在考慮的范圍內。

金屬電極

在電火花的早期,金屬電極是唯一的電極?,F在,金屬電極僅僅只占電火花應用(加工小孔除外)的10%。金屬電極材料最主要的優點是它們的導電率及機械完整性。機械完整性特別是對于銳角及差的沖洗條件(直流電?。┖苤匾?。金屬電極最主要的缺點是制造困難及切割速度慢。下面是常用金屬電極材料的更多信息。

黃銅

黃銅是最早的EDM電極材料之一,很廉價也容易制造?,F在,黃銅因為損耗率太高,所以很少用在現代化的EDM中。在特定的應用或者是在對耗損不做首要考慮因素的用RC電源的老機器中,黃銅還是會用到,因為它的硬度比銅要高,比銅更容易加工。黃銅是高速小孔加工機最常用的電極材料之一。

鎢銅

鎢銅是粉末金屬制品結合了銅和鎢在EDM中的優良特性,結合了銅的高導電及鎢的高熔點,同時具有良好的耐磨性。鎢銅具有無與倫比的耐磨性,擁有非常好的尖角,也很容易加工,也沒有銅存在的毛刺問題。鎢銅是電火花加工硬質金屬的首選材料。鎢銅不能用傳統的合金制造技術制造,因為鎢開始融化時銅就已經蒸發了,這就是鎢銅用粉末冶金技術生產的原因。銅粉和鎢粉先壓制成毛胚,然后燒結。燒結中材料會收縮25%,在此期間必須注意避免孔洞的產生,孔洞是鎢銅電極常見的缺陷。最高等級的鎢銅是通過壓制-燒結-溶滲工藝制造出來的,基本上沒有孔洞產生。我公司銷售的鎢銅通常含量為70%, 75%, 80% 重量百分比。鎢含量的增加會改善角磨損,但是會降低切割穩定性,而且成本會高。鎢含量的減少會增加角磨損,但是成本會低。值得注意的是鎢銅的切割速度是銅的一半。

銀鎢

銀鎢結合了鎢的耐磨性及銀的高導電性,是在EDM應用中低磨損與良好表面光潔度的完美結合。銀鎢的制造方法同鎢銅一樣。

碳化鎢

碳化鎢的高硬度和低磨損使其成為電火花小孔加工電極的首選材料。因為碳化鎢易碎,最好利用可傾斜和中心調整的旋轉軸或導套,因為碳化鎢在主軸中不能彎曲。

其他主要事項

極性

對于各種電極-工件的組合,兩級的選擇非常重要。錯誤的極性對于速度、磨損、穩定性有非常大的影響。對于極性的選擇,最好是查閱具體的電源極性建議的技術文檔。以下列出一般極性指導:


石墨-鋼:通用,低磨損正電極
石墨-鋼:高速,20%磨損負電極
石墨-鋼負電極
銅-鋼正電極
鎢銅-鋼正電極
鎢銅-石墨負電極

切割速度


對于一個給定的表面拋光,電極-工件以及兩級的組合對切割速度的影響如下(假定銅-鋼為100%):

鎢銅-石墨25%
鎢銅-鋼50%
銅-鋼100%
石墨正電極-鋼200%
石墨負電極-鋼400%






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