1.흑연재료의 EDM 특성
1.1.방전 가공 속도.
흑연은 3,650°C의 매우 높은 녹는점을 가진 비금속 재료인 반면, 구리의 녹는점은 1,083°C이므로 흑연 전극은 더 큰 전류 설정 조건을 견딜 수 있습니다.
방전 면적과 전극 크기의 규모가 클수록 흑연 재료의 고효율 거친 가공의 이점이 더욱 분명해집니다.
흑연의 열전도도는 구리의 1/3이며, 방전 과정에서 발생하는 열을 이용하여 금속 물질을 더욱 효과적으로 제거할 수 있습니다. 따라서 중·미세 가공에서 흑연의 가공 효율은 구리 전극보다 높습니다.
가공 경험에 따르면 흑연 전극의 방전 처리 속도는 올바른 사용 조건에서 구리 전극보다 1.5~2배 빠릅니다.
1.2.전극 소모량.
흑연 전극은 높은 전류 조건을 견딜 수 있는 특성을 가지고 있으며, 또한 적절한 거친 가공 조건 하에서 가공 중에 생성된 탄소강 가공물에서 탄소 입자의 함량과 작업 유체가 고온에서 분해되어 극성 효과에 의해 탄소 입자가 부분적으로 제거되면 전극 표면에 부착되어 보호층을 형성하여 흑연 전극이 거친 가공에서 손실을 최소화하거나 심지어 "폐기물이 없음"을 보장합니다.
EDM에서 전극 손실의 주요 원인은 황삭 가공입니다. 정삭 가공 시 전극 손실률은 높지만, 부품 가공 여유가 작기 때문에 전체 손실률은 낮습니다.
일반적으로 대전류 황삭 가공에서는 흑연 전극의 손실이 구리 전극보다 적고, 정삭 가공에서는 구리 전극보다 약간 더 큽니다. 흑연 전극의 전극 손실은 비슷합니다.
1.3.표면 품질.
흑연 재료의 입자 직경은 EDM의 표면 거칠기에 직접적인 영향을 미칩니다. 입자 직경이 작을수록 표면 거칠기가 낮아집니다.
몇 년 전에는 직경 5마이크론의 입자 파이를 갖는 흑연 재료를 사용했는데, 최상의 표면은 VDI18 edm(Ra0.8마이크론)에 불과했습니다. 오늘날 흑연 재료의 입자 직경은 3마이크론 이내로 달성할 수 있으며, 최상의 표면은 안정적인 VDI12 edm(Ra0.4μm) 또는 더 정교한 수준에 도달할 수 있지만, 흑연 전극은 거울 EDM에 가깝습니다.
구리 소재는 저항률이 낮고 구조가 치밀하여 열악한 조건에서도 안정적으로 가공할 수 있습니다. 표면 조도는 Ra0.1㎛ 미만이며, 경면 가공이 가능합니다.
따라서 방전 가공이 매우 미세한 표면을 추구하는 경우 전극으로 구리 소재를 사용하는 것이 더욱 적합한데, 이는 흑연 전극에 비해 구리 전극의 주요 장점입니다.
그러나 구리 전극은 대전류 설정 조건에서 전극 표면이 거칠어지기 쉽고, 균일한 균열이 나타나지만 흑연 재료는 이런 문제가 없습니다. 표면 거칠기는 VDI26(Ra2.0마이크론) 정도의 금형 가공에 적합하며, 흑연 전극을 사용하면 거친 것에서 미세한 것까지 가공이 가능하여 균일한 표면 효과와 표면 결함을 실현할 수 있습니다.
또한, 흑연과 구리의 구조 차이로 인해 흑연 전극의 표면 방전 부식 지점이 구리 전극보다 더 규칙적입니다. 따라서 VDI20 이상의 동일한 표면 조도를 가공할 때 흑연 전극으로 가공된 가공물의 표면 입도가 더욱 뚜렷해지고, 이러한 입도 효과는 구리 전극의 방전 표면 효과보다 우수합니다.
1.4.가공 정확도.
흑연재료의 열팽창계수는 작고, 구리재료의 열팽창계수는 흑연재료의 4배이므로 방전가공시 흑연전극은 구리전극보다 변형이 적고, 더욱 안정적이고 신뢰성 있는 가공정밀도를 얻을 수 있다.
특히 깊고 좁은 립을 가공할 경우 국부적인 고온으로 인해 구리 전극은 쉽게 구부러지지만 흑연 전극은 그렇지 않습니다.
깊이-직경 비율이 큰 구리 전극의 경우, 가공 설정 시 크기를 교정하기 위해 특정 열팽창 값을 보상해야 하지만, 흑연 전극은 필요하지 않습니다.
1.5.전극 무게.
흑연 소재는 구리보다 밀도가 낮고, 같은 부피의 흑연 전극의 무게는 구리 전극의 1/5에 불과합니다.
흑연 전극은 부피가 큰 전극에 매우 적합하여 EDM 공작 기계 스핀들의 부하를 크게 줄일 수 있음을 알 수 있습니다. 전극은 무게가 무거워 클램핑에 불편함을 주지 않으며, 가공 시 처짐 변위 등을 발생시키지 않습니다. 따라서 대규모 금형 가공에서 흑연 전극을 사용하는 것이 매우 중요함을 알 수 있습니다.
1.6.전극 제조의 어려움.
흑연 소재의 가공 성능은 우수합니다. 절삭 저항은 구리의 1/4에 불과합니다. 적절한 가공 조건에서 흑연 전극의 밀링 효율은 구리 전극의 2~3배에 달합니다.
흑연 전극은 각도를 쉽게 조절할 수 있으며, 여러 전극을 사용하여 마무리해야 하는 작업물을 하나의 전극으로 처리하는 데 사용할 수 있습니다.
흑연 소재의 독특한 입자 구조는 전극 밀링 및 성형 후 버가 발생하는 것을 방지하여 복잡한 모델링에서 버가 쉽게 제거되지 않을 경우 사용 요구 사항을 직접 충족할 수 있으며, 전극을 수동으로 연마하는 공정을 제거하고 연마로 인해 발생하는 모양 변화 및 크기 오류를 피할 수 있습니다.
흑연은 먼지가 쌓이기 때문에 흑연을 밀링하면 많은 먼지가 발생하므로 밀링 머신에는 씰과 먼지 수집 장치가 있어야 합니다.
흑연 전극을 가공하기 위해 edM을 사용해야 하는 경우, 가공 성능은 구리 소재만큼 좋지 않으며, 절단 속도는 구리보다 약 40% 느립니다.
1.7.전극 설치 및 사용.
흑연 소재는 접합성이 우수합니다. 전극을 밀링하고 방전하는 방식으로 흑연을 고정구에 접합할 수 있으며, 전극 소재에 나사 구멍을 가공하는 공정을 줄이고 작업 시간을 단축할 수 있습니다.
흑연 소재는 비교적 취성이 강하며, 특히 전극이 작고 좁고 길어 사용 중 외부 힘을 받으면 쉽게 부러지지만, 전극이 손상되었다는 것을 바로 알 수 있습니다.
구리 전극일 경우, 구부러지기만 할 뿐 부러지지 않아 매우 위험하고 사용 과정에서 발견하기도 어려우며, 작업물이 쉽게 폐기됩니다.
1.8.가격.
구리 소재는 재생 불가능한 자원이기 때문에 가격 추세는 점점 더 비싸지는 반면, 흑연 소재의 가격은 안정화되는 경향이 있습니다.
구리 소재의 가격이 최근 몇 년 동안 상승함에 따라, 주요 흑연 제조업체는 흑연 생산 공정을 개선하여 경쟁 우위를 확보했습니다. 현재 동일한 수량으로 볼 때, 흑연 전극 소재 가격과 구리 전극 소재의 가격은 상당히 비슷하지만, 흑연은 효율적인 가공을 실현할 수 있으며, 구리 전극을 사용하는 것보다 많은 작업 시간을 절약할 수 있어 생산 비용을 직접적으로 절감할 수 있습니다.
요약하자면, 흑연 전극의 8가지 edM 특성 중 장점은 명확합니다. 전극 밀링 및 방전 가공 효율이 구리 전극보다 훨씬 우수합니다. 전극이 크면 무게가 가볍고 치수 안정성이 좋으며 전극이 얇아 변형되기 어렵고 표면 질감이 구리 전극보다 좋습니다.
흑연소재의 단점은 VDI12(Ra0.4m)하에서 미세면방전가공에 적합하지 않고, edM을 이용하여 전극을 만드는 효율이 낮다는 점이다.
그러나 실용적인 관점에서 볼 때, 중국에서 흑연 소재의 효과적인 홍보에 영향을 미치는 중요한 이유 중 하나는 밀링 전극에 특수 흑연 가공 기계가 필요하다는 것입니다. 이는 금형 기업의 가공 장비에 대한 새로운 요구를 제시하지만 일부 소규모 기업은 이러한 조건을 갖추고 있지 않을 수 있습니다.
일반적으로 흑연 전극의 장점은 대부분의 EDM 가공에 적용 가능하며, 상당한 장기적 이점을 제공하여 대중화 및 적용 가치가 높습니다. 미세 표면 가공의 단점은 구리 전극을 사용하여 보완할 수 있습니다.
2. EDM용 흑연 전극 소재 선정
흑연 소재의 경우, 소재의 성능을 직접적으로 결정하는 지표는 주로 다음의 네 가지입니다.
1) 재료의 평균 입자 직경
재료의 평균 입자 직경은 재료의 배출 조건에 직접적인 영향을 미칩니다.
흑연재료의 평균입자가 작을수록 방전이 균일해지고, 방전조건이 안정적이며, 표면품질이 좋고, 손실이 적다.
평균 입자 크기가 클수록 거친 가공에서 더 나은 제거율을 얻을 수 있지만, 마무리 표면 효과가 좋지 않고 전극 손실이 큽니다.
2) 재료의 굽힘 강도
재료의 휨 강도는 재료의 강도를 직접적으로 반영하며, 내부 구조의 견고성을 나타냅니다.
강도가 높은 재료는 비교적 우수한 방전 저항 성능을 보입니다. 정밀도가 높은 전극의 경우, 가능한 한 강도가 좋은 재료를 선택해야 합니다.
3) 재료의 쇼어 경도
흑연은 금속 재료보다 단단하며, 절삭 공구의 손실은 절삭 금속의 손실보다 큽니다.
동시에, 방전 손실 제어에 있어서 흑연 재료의 높은 경도가 더 우수합니다.
4) 재료의 고유 저항률
고유 저항률이 높은 흑연 재료의 방전 속도는 저항률이 낮은 흑연 재료보다 느립니다.
고유 저항률이 높을수록 전극 손실은 작아지지만, 고유 저항률이 높을수록 방전의 안정성에 영향을 미칩니다.
현재 세계 유수의 흑연 공급업체에서 다양한 등급의 흑연을 공급하고 있습니다.
일반적으로 흑연재료의 평균 입자직경에 따라 분류하는데, 입자직경 ≤ 4㎛는 미세흑연, 5~ 10㎛는 중흑연, 10㎛ 이상은 조흑연으로 정의한다.
입자 직경이 작을수록 재료가 비싸지므로 EDM의 요구 사항과 비용에 따라 더 적합한 흑연 재료를 선택할 수 있습니다.
3.흑연전극 제작
흑연 전극은 주로 밀링을 통해 만들어집니다.
가공기술의 관점에서 보면 흑연과 구리는 서로 다른 두 가지 재료이며, 서로 다른 절단 특성을 숙지해야 합니다.
흑연 전극을 구리 전극 공정으로 가공할 경우, 시트가 자주 파손되는 등의 문제가 불가피하게 발생하므로 적절한 절삭 공구와 절삭 매개변수를 사용해야 합니다.
흑연 전극을 가공하는 것은 구리 전극을 가공하는 것보다 공구 마모가 적습니다. 경제적 측면에서 초경 공구를 선택하는 것이 가장 경제적이며, 다이아몬드 코팅 공구(흑연 나이프라고 함)를 선택하면 가격이 비싸지만 다이아몬드 코팅 공구는 수명이 길고 가공 정밀도가 높아 전반적인 경제적 이익이 좋습니다.
공구의 정면 각도의 크기는 또한 사용 수명에 영향을 미칩니다. 공구의 정면 각도 0°는 공구의 정면 각도 15°보다 최대 50% 더 높고 절삭 안정성도 더 좋습니다. 그러나 각도가 클수록 가공 표면이 더 좋아집니다. 공구의 각도 15°를 사용하면 가장 좋은 가공 표면을 얻을 수 있습니다.
가공 시 절삭 속도는 전극의 형상에 따라 조절할 수 있으며, 일반적으로 10m/min으로 알루미늄이나 플라스틱의 가공과 유사하며, 초벌 가공에서는 절삭 공구를 공작물에 직접 얹거나 떼낼 수 있으며, 마무리 가공에서는 각도 붕괴 및 파편화 현상이 발생하기 쉽고, 가벼운 칼날의 빠른 보행 방식을 많이 채택합니다.
흑연 전극은 절삭 공정에서 많은 먼지를 발생시킵니다. 흑연 입자가 기계 스핀들과 나사에 흡입되는 것을 방지하기 위해 현재 두 가지 주요 솔루션이 있습니다. 하나는 특수 흑연 가공 기계를 사용하는 것이고, 다른 하나는 일반 가공 센터를 개조하여 특수 먼지 수집 장치를 장착하는 것입니다.
시중에 나와 있는 특수 흑연 고속 밀링 머신은 밀링 효율이 높아 고정밀도와 양호한 표면 품질을 갖춘 복잡한 전극의 제조를 쉽게 완료할 수 있습니다.
흑연 전극을 만드는 데 EDM이 필요한 경우 입자 직경이 더 작은 미세 흑연 재료를 사용하는 것이 좋습니다.
흑연의 가공 성능은 좋지 않으며, 입자 직경이 작을수록 절삭 효율이 높아지고, 와이어가 자주 끊어지거나 표면이 프린지되는 등의 이상 현상을 피할 수 있습니다.
4.흑연전극의 EDM 파라미터
흑연과 구리의 EDM 매개변수 선택은 상당히 다릅니다.
EDM의 매개변수에는 주로 전류, 펄스 폭, 펄스 간격 및 극성이 포함됩니다.
다음은 이러한 주요 매개변수의 합리적 사용에 대한 기초를 설명합니다.
흑연 전극의 전류 밀도는 일반적으로 10~12 A/cm²로 구리 전극보다 훨씬 높습니다. 따라서 해당 면적에 허용되는 전류 범위 내에서 더 큰 전류를 선택할수록 흑연 방전 처리 속도가 빨라지고 전극 손실은 줄어들지만 표면 거칠기는 더 두꺼워집니다.
펄스 폭이 클수록 전극 손실은 낮아집니다.
그러나 펄스 폭이 클수록 처리 안정성이 떨어지고, 처리 속도가 느려지며 표면이 거칠어집니다.
거친 가공 시 전극 손실을 낮추기 위해 일반적으로 비교적 큰 펄스 폭을 사용하는데, 이 값이 100~300 US일 때 흑연 전극의 낮은 손실 가공을 효과적으로 실현할 수 있습니다.
미세한 표면과 안정적인 방전 효과를 얻으려면 더 작은 펄스 폭을 선택해야 합니다.
일반적으로 흑연전극의 펄스폭은 구리전극보다 약 40% 정도 짧다.
펄스 간격은 방전 가공 속도와 가공 안정성에 주로 영향을 미칩니다. 값이 클수록 가공 안정성이 향상되어 표면 균일도를 높이는 데 도움이 되지만, 가공 속도가 느려집니다.
처리 안정성을 보장하는 조건 하에서는 작은 펄스 간격을 선택하면 더 높은 처리 효율을 얻을 수 있지만, 방전 상태가 불안정할 때는 더 큰 펄스 간격을 선택하면 더 높은 처리 효율을 얻을 수 있습니다.
흑연 전극 방전 가공에서는 펄스 갭과 펄스 폭이 일반적으로 1:1로 설정되고, 구리 전극 가공에서는 펄스 갭과 펄스 폭이 일반적으로 1:3으로 설정됩니다.
안정적인 흑연 가공에서 펄스 간격과 펄스 폭의 일치 비율은 2:3으로 조절될 수 있습니다.
펄스 클리어런스가 작은 경우 전극 표면에 피복층을 형성하는 것이 유익하며, 이는 전극 손실을 줄이는 데 도움이 됩니다.
EDM에서 흑연 전극의 극성 선택은 기본적으로 구리 전극의 극성 선택과 동일합니다.
EDM의 극성 효과에 따라, 금형강을 가공할 때는 일반적으로 양극 가공을 사용합니다. 즉, 전극을 전원의 양극에 연결하고, 공작물을 전원의 음극에 연결합니다.
큰 전류와 펄스 폭을 사용하고 양극성 가공을 선택하면 전극 손실을 매우 낮출 수 있습니다. 극성이 잘못되면 전극 손실이 매우 커집니다.
VDI18(Ra0.8μm) 이하의 미세 가공이 요구되고 펄스 폭이 매우 작은 경우에만 음극성 가공을 사용하여 더 나은 표면 품질을 얻을 수 있지만 전극 손실이 큽니다.
현재 CNC edM 공작 기계에는 흑연 방전 가공 매개변수가 장착되어 있습니다.
전기적 매개변수의 사용은 지능적이며, 공작 기계의 전문가 시스템을 통해 자동으로 생성될 수 있습니다.
일반적으로 기계는 프로그래밍 중에 재료 쌍, 적용 유형, 표면 거칠기 값을 선택하고 처리 영역, 처리 깊이, 전극 크기 조정 등을 입력하여 최적화된 처리 매개변수를 구성할 수 있습니다.
EDM 공작 기계 라이브러리의 흑연 전극에 대한 풍부한 가공 매개변수를 설정하고, 재료 유형은 거친 흑연, 흑연, 다양한 가공물 재료에 대응하는 흑연 중에서 선택할 수 있으며, 표준, 깊은 홈, 날카로운 점, 대면적, 대공동 등에 대한 적용 유형을 세분화하고 미세한 것과 같이 손실이 적고, 표준적이며, 효율이 높고, 다양한 종류의 가공 우선 순위 선택을 제공합니다.
5. 결론
새로운 흑연 전극 소재는 적극적으로 대중화할 가치가 있으며, 그 장점은 국내 금형 제조 산업에서 점차 인정받고 수용될 것입니다.
흑연 전극 소재의 올바른 선정과 관련 기술 연계의 개선은 금형 제조 기업에 높은 효율성, 높은 품질, 낮은 비용의 이점을 가져다 줄 것입니다.
게시 시간: 2020년 12월 4일