Πέντε προφυλάξεις για την επεξεργασία γραφίτη |Συνεργείο Σύγχρονων Μηχανημάτων

Η επεξεργασία γραφίτη μπορεί να είναι μια δύσκολη επιχείρηση, επομένως η τοποθέτηση ορισμένων ζητημάτων πρώτα είναι κρίσιμης σημασίας για την παραγωγικότητα και την κερδοφορία.
Τα γεγονότα έχουν αποδείξει ότι ο γραφίτης είναι δύσκολο να επεξεργαστεί, ειδικά για ηλεκτρόδια EDM που απαιτούν εξαιρετική ακρίβεια και δομική συνέπεια.Ακολουθούν πέντε βασικά σημεία που πρέπει να θυμάστε όταν χρησιμοποιείτε γραφίτη:
Οι ποιότητες γραφίτη είναι οπτικά δύσκολο να διακριθούν, αλλά το καθένα έχει μοναδικές φυσικές ιδιότητες και απόδοση.Οι ποιότητες γραφίτη χωρίζονται σε έξι κατηγορίες ανάλογα με το μέσο μέγεθος σωματιδίων, αλλά μόνο τρεις μικρότερες κατηγορίες (μέγεθος σωματιδίων 10 microns ή λιγότερο) χρησιμοποιούνται συχνά στο σύγχρονο EDM.Η κατάταξη στην ταξινόμηση είναι δείκτης πιθανών εφαρμογών και επιδόσεων.
Σύμφωνα με ένα άρθρο του Doug Garda (Toyo Tanso, ο οποίος έγραψε για την αδελφή μας δημοσίευση «MoldMaking Technology» εκείνη την εποχή, αλλά τώρα είναι SGL Carbon), οι ποιότητες με εύρος μεγέθους σωματιδίων από 8 έως 10 μικρά χρησιμοποιούνται για χονδροποίηση.Λιγότερο ακριβείς εφαρμογές φινιρίσματος και λεπτομέρειας χρησιμοποιούν ποιότητες μεγέθους σωματιδίων 5 έως 8 micron.Τα ηλεκτρόδια που κατασκευάζονται από αυτές τις ποιότητες χρησιμοποιούνται συχνά για την κατασκευή καλουπιών σφυρηλάτησης και καλουπιών χύτευσης ή για λιγότερο πολύπλοκες εφαρμογές σε σκόνη και πυροσυσσωματωμένα μέταλλα.
Ο σχεδιασμός λεπτής λεπτομέρειας και τα μικρότερα, πιο σύνθετα χαρακτηριστικά είναι πιο κατάλληλα για μεγέθη σωματιδίων που κυμαίνονται από 3 έως 5 μικρά.Οι εφαρμογές ηλεκτροδίων σε αυτό το εύρος περιλαμβάνουν την κοπή καλωδίων και την αεροδιαστημική.
Τα εξαιρετικά λεπτά ηλεκτρόδια ακριβείας που χρησιμοποιούν ποιότητες γραφίτη με μέγεθος σωματιδίων από 1 έως 3 μικρά απαιτούνται συχνά για ειδικές εφαρμογές μετάλλων και καρβιδίου στην αεροδιαστημική.
Όταν έγραφε ένα άρθρο για το MMT, ο Jerry Mercer της Poco Materials αναγνώρισε το μέγεθος σωματιδίων, την αντοχή σε κάμψη και τη σκληρότητα Shore ως τους τρεις βασικούς καθοριστικούς παράγοντες της απόδοσης κατά την επεξεργασία ηλεκτροδίων.Ωστόσο, η μικροδομή του γραφίτη είναι συνήθως ο περιοριστικός παράγοντας στην απόδοση του ηλεκτροδίου κατά την τελική λειτουργία EDM.
Σε άλλο άρθρο του MMT, ο Mercer δήλωσε ότι η αντοχή σε κάμψη θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 13.000 psi για να διασφαλιστεί ότι ο γραφίτης μπορεί να υποστεί επεξεργασία σε βαθιές και λεπτές νευρώσεις χωρίς να σπάσει.Η διαδικασία κατασκευής των ηλεκτροδίων γραφίτη είναι μακρά και μπορεί να απαιτεί λεπτομερή, δύσκολα στη μηχανή χαρακτηριστικά, επομένως η διασφάλιση της ανθεκτικότητας όπως αυτή συμβάλλει στη μείωση του κόστους.
Η σκληρότητα του άκρου μετρά την εργασιμότητα των ποιοτήτων γραφίτη.Η Mercer προειδοποιεί ότι οι ποιότητες γραφίτη που είναι πολύ μαλακοί μπορούν να φράξουν τις υποδοχές του εργαλείου, να επιβραδύνουν τη διαδικασία μηχανικής κατεργασίας ή να γεμίσουν τις τρύπες με σκόνη, ασκώντας έτσι πίεση στα τοιχώματα των οπών.Σε αυτές τις περιπτώσεις, η μείωση της τροφοδοσίας και της ταχύτητας μπορεί να αποτρέψει σφάλματα, αλλά θα αυξήσει τον χρόνο επεξεργασίας.Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, ο σκληρός, μικροκόκκος γραφίτης μπορεί επίσης να προκαλέσει σπάσιμο του υλικού στην άκρη της οπής.Αυτά τα υλικά μπορεί επίσης να είναι πολύ λειαντικά στο εργαλείο, οδηγώντας σε φθορά, η οποία επηρεάζει την ακεραιότητα της διαμέτρου της οπής και αυξάνει το κόστος εργασίας.Γενικά, για να αποφευχθεί η εκτροπή σε υψηλές τιμές σκληρότητας, είναι απαραίτητο να μειωθεί η τροφοδοσία και η ταχύτητα επεξεργασίας κάθε σημείου με σκληρότητα Shore μεγαλύτερη από 80 κατά 1%.
Λόγω του τρόπου με τον οποίο το EDM δημιουργεί μια κατοπτρική εικόνα του ηλεκτροδίου στο επεξεργασμένο τμήμα, ο Mercer είπε επίσης ότι μια σφιχτά συσκευασμένη, ομοιόμορφη μικροδομή είναι απαραίτητη για τα ηλεκτρόδια γραφίτη.Τα ανομοιόμορφα όρια σωματιδίων αυξάνουν το πορώδες, αυξάνοντας έτσι τη διάβρωση των σωματιδίων και επιταχύνοντας την αστοχία του ηλεκτροδίου.Κατά τη διάρκεια της αρχικής διαδικασίας κατεργασίας ηλεκτροδίων, η ανομοιόμορφη μικροδομή μπορεί επίσης να οδηγήσει σε ανώμαλο φινίρισμα επιφάνειας - αυτό το πρόβλημα είναι ακόμη πιο σοβαρό σε κέντρα μηχανικής κατεργασίας υψηλής ταχύτητας.Τα σκληρά σημεία στον γραφίτη μπορούν επίσης να προκαλέσουν εκτροπή του εργαλείου, με αποτέλεσμα το τελικό ηλεκτρόδιο να είναι εκτός προδιαγραφών.Αυτή η απόκλιση μπορεί να είναι αρκετά μικρή ώστε η λοξή οπή να εμφανίζεται ευθεία στο σημείο εισόδου.
Υπάρχουν εξειδικευμένες μηχανές επεξεργασίας γραφίτη.Αν και αυτά τα μηχανήματα θα επιταχύνουν σημαντικά την παραγωγή, δεν είναι τα μόνα μηχανήματα που μπορούν να χρησιμοποιήσουν οι κατασκευαστές.Εκτός από τον έλεγχο της σκόνης (που περιγράφεται παρακάτω στο άρθρο), παλαιότερα άρθρα MMS ανέφεραν επίσης τα πλεονεκτήματα των μηχανών με γρήγορους άξονες και έλεγχο με υψηλές ταχύτητες επεξεργασίας για την κατασκευή γραφίτη.Ιδανικά, ο γρήγορος έλεγχος θα πρέπει επίσης να έχει προοδευτικές δυνατότητες και οι χρήστες θα πρέπει να χρησιμοποιούν λογισμικό βελτιστοποίησης διαδρομής εργαλείου.
Κατά τον εμποτισμό ηλεκτροδίων γραφίτη - δηλαδή γεμίζοντας τους πόρους της μικροδομής του γραφίτη με σωματίδια μεγέθους μικρού - η Garda συνιστά τη χρήση χαλκού επειδή μπορεί να επεξεργαστεί σταθερά ειδικά κράματα χαλκού και νικελίου, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές αεροδιαστημικής.Οι ποιότητες γραφίτη εμποτισμένου με χαλκό παράγουν λεπτότερα φινιρίσματα από τους μη εμποτισμένους βαθμούς της ίδιας ταξινόμησης.Μπορούν επίσης να επιτύχουν σταθερή επεξεργασία όταν εργάζονται κάτω από αντίξοες συνθήκες, όπως κακή έκπλυση ή άπειροι χειριστές.
Σύμφωνα με το τρίτο άρθρο του Mercer, αν και ο συνθετικός γραφίτης -το είδος που χρησιμοποιείται για την κατασκευή ηλεκτροδίων EDM- είναι βιολογικά αδρανής και επομένως αρχικά λιγότερο επιβλαβής για τον άνθρωπο από κάποια άλλα υλικά, ο ακατάλληλος αερισμός μπορεί να προκαλέσει προβλήματα.Ο συνθετικός γραφίτης είναι αγώγιμος, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει κάποια προβλήματα στη συσκευή, τα οποία μπορεί να βραχυκυκλωθούν όταν έρχονται σε επαφή με ξένα αγώγιμα υλικά.Επιπλέον, ο γραφίτης εμποτισμένος με υλικά όπως ο χαλκός και το βολφράμιο απαιτεί επιπλέον φροντίδα.
Ο Mercer εξήγησε ότι το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να δει σκόνη γραφίτη σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις, αλλά μπορεί να προκαλέσει ερεθισμό, δακρύρροια και ερυθρότητα.Η επαφή με τη σκόνη μπορεί να είναι λειαντική και ελαφρώς ερεθιστική, αλλά είναι απίθανο να απορροφηθεί.Η χρονικά σταθμισμένη μέση κατευθυντήρια γραμμή έκθεσης (TWA) για τη σκόνη γραφίτη σε 8 ώρες είναι 10 mg/m3, η οποία είναι ορατή συγκέντρωση και δεν θα εμφανιστεί ποτέ στο σύστημα συλλογής σκόνης που χρησιμοποιείται.
Η υπερβολική έκθεση στη σκόνη γραφίτη για μεγάλο χρονικό διάστημα μπορεί να προκαλέσει την παραμονή των εισπνεόμενων σωματιδίων γραφίτη στους πνεύμονες και τους βρόγχους.Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρή χρόνια πνευμονιοκονίαση που ονομάζεται νόσος του γραφίτη.Η γραφιτοποίηση σχετίζεται συνήθως με τον φυσικό γραφίτη, αλλά σε σπάνιες περιπτώσεις σχετίζεται με τον συνθετικό γραφίτη.
Η σκόνη που συσσωρεύεται στο χώρο εργασίας είναι πολύ εύφλεκτη και (στο τέταρτο άρθρο) η Mercer λέει ότι μπορεί να εκραγεί υπό ορισμένες συνθήκες.Όταν η ανάφλεξη συναντήσει επαρκή συγκέντρωση λεπτών σωματιδίων που αιωρούνται στον αέρα, θα προκληθεί πυρκαγιά σκόνης και ανάφλεξη.Εάν η σκόνη είναι διασκορπισμένη σε μεγάλη ποσότητα ή βρίσκεται σε κλειστό χώρο, είναι πιο πιθανό να εκραγεί.Ο έλεγχος κάθε είδους επικίνδυνου στοιχείου (καύσιμο, οξυγόνο, ανάφλεξη, διάχυση ή περιορισμός) μπορεί να μειώσει σημαντικά την πιθανότητα έκρηξης σκόνης.Στις περισσότερες περιπτώσεις, η βιομηχανία εστιάζει στα καύσιμα αφαιρώντας τη σκόνη από την πηγή μέσω του αερισμού, αλλά τα καταστήματα θα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη όλους τους παράγοντες για να επιτύχουν τη μέγιστη ασφάλεια.Ο εξοπλισμός ελέγχου της σκόνης θα πρέπει επίσης να διαθέτει αντιεκρηκτικές οπές ή αντιεκρηκτικά συστήματα ή να είναι εγκατεστημένος σε περιβάλλον με έλλειψη οξυγόνου.
Η Mercer εντόπισε δύο κύριες μεθόδους για τον έλεγχο της σκόνης γραφίτη: συστήματα αέρα υψηλής ταχύτητας με συλλέκτες σκόνης—που μπορούν να είναι σταθεροί ή φορητοί ανάλογα με την εφαρμογή—και υγρά συστήματα που διαποτίζουν την περιοχή γύρω από τον κόφτη με υγρό.
Τα καταστήματα που κάνουν μικρή ποσότητα επεξεργασίας γραφίτη μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια φορητή συσκευή με φίλτρο σωματιδίων αέρα υψηλής απόδοσης (HEPA) που μπορεί να μετακινηθεί μεταξύ των μηχανών.Ωστόσο, τα εργαστήρια που επεξεργάζονται μεγάλες ποσότητες γραφίτη θα πρέπει συνήθως να χρησιμοποιούν ένα σταθερό σύστημα.Η ελάχιστη ταχύτητα του αέρα για τη σύλληψη της σκόνης είναι 500 πόδια ανά λεπτό και η ταχύτητα στον αγωγό αυξάνεται σε τουλάχιστον 2000 πόδια ανά δευτερόλεπτο.
Τα υγρά συστήματα διατρέχουν τον κίνδυνο να «διαρρεύσει» το υγρό (να απορροφηθεί) στο υλικό του ηλεκτροδίου για να ξεπλύνει τη σκόνη.Η αποτυχία αφαίρεσης του υγρού πριν από την τοποθέτηση του ηλεκτροδίου στον EDM μπορεί να οδηγήσει σε μόλυνση του διηλεκτρικού λαδιού.Οι χειριστές θα πρέπει να χρησιμοποιούν διαλύματα με βάση το νερό επειδή αυτά τα διαλύματα είναι λιγότερο επιρρεπή στην απορρόφηση λαδιού από τα διαλύματα με βάση το λάδι.Το στέγνωμα του ηλεκτροδίου πριν από τη χρήση του EDM συνήθως περιλαμβάνει την τοποθέτηση του υλικού σε φούρνο μεταφοράς για περίπου μία ώρα σε θερμοκρασία ελαφρώς πάνω από το σημείο εξάτμισης του διαλύματος.Η θερμοκρασία δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 400 βαθμούς, καθώς αυτό θα οξειδώσει και θα διαβρώσει το υλικό.Οι χειριστές δεν πρέπει επίσης να χρησιμοποιούν πεπιεσμένο αέρα για να στεγνώσουν το ηλεκτρόδιο, επειδή η πίεση του αέρα θα ωθήσει το ρευστό πιο βαθιά μέσα στη δομή του ηλεκτροδίου.
Η Princeton Tool ελπίζει να επεκτείνει το χαρτοφυλάκιο προϊόντων της, να αυξήσει την επιρροή της στη Δυτική Ακτή και να γίνει ισχυρότερος γενικός προμηθευτής.Για να επιτευχθούν αυτοί οι τρεις στόχοι ταυτόχρονα, η απόκτηση ενός άλλου μηχανουργείου έγινε η καλύτερη επιλογή.
Η συσκευή σύρματος EDM περιστρέφει το οριζόντια καθοδηγούμενο καλώδιο ηλεκτροδίου στον άξονα Ε που ελέγχεται με CNC, παρέχοντας στο συνεργείο διάκενο και ευελιξία για την παραγωγή πολύπλοκων και υψηλής ακρίβειας εργαλείων PCD.


Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-26-2021