Die Graphitverarbeitung kann eine heikle Angelegenheit sein, daher ist es für die Produktivität und Rentabilität von entscheidender Bedeutung, bestimmte Themen an die erste Stelle zu setzen.
Fakten haben gezeigt, dass Graphit schwer zu bearbeiten ist, insbesondere für EDM-Elektroden, die eine hervorragende Präzision und Strukturkonsistenz erfordern.Hier sind fünf wichtige Punkte, die Sie bei der Verwendung von Graphit beachten sollten:
Graphitsorten sind optisch schwer zu unterscheiden, aber jede weist einzigartige physikalische Eigenschaften und Leistungen auf.Graphitsorten werden entsprechend der durchschnittlichen Partikelgröße in sechs Kategorien eingeteilt, in der modernen Funkenerosion werden jedoch häufig nur drei kleinere Kategorien (Partikelgröße von 10 Mikrometern oder weniger) verwendet.Der Rang in der Klassifizierung ist ein Indikator für mögliche Einsatzmöglichkeiten und Leistungen.
Laut einem Artikel von Doug Garda (Toyo Tanso, der damals für unsere Schwesterpublikation „MoldMaking Technology“ schrieb, heute heißt es SGL Carbon) werden zum Schruppen Sorten mit einer Partikelgröße von 8 bis 10 Mikrometern verwendet.Für weniger präzise Endbearbeitungs- und Detailanwendungen werden Qualitäten mit einer Partikelgröße von 5 bis 8 Mikrometern verwendet.Aus diesen Sorten hergestellte Elektroden werden häufig zur Herstellung von Schmiedeformen und Druckgussformen oder für weniger komplexe Pulver- und Sintermetallanwendungen verwendet.
Feine Detailgestaltung und kleinere, komplexere Merkmale eignen sich besser für Partikelgrößen im Bereich von 3 bis 5 Mikrometern.Zu den Elektrodenanwendungen in diesem Bereich gehören das Drahtschneiden und die Luft- und Raumfahrt.
Für spezielle Metall- und Hartmetallanwendungen in der Luft- und Raumfahrt werden häufig ultrafeine Präzisionselektroden aus Graphitsorten mit einer Partikelgröße von 1 bis 3 Mikrometern benötigt.
Als Jerry Mercer von Poco Materials einen Artikel für MMT schrieb, identifizierte er Partikelgröße, Biegefestigkeit und Shore-Härte als die drei wichtigsten Bestimmungsfaktoren für die Leistung bei der Elektrodenverarbeitung.Allerdings ist die Mikrostruktur des Graphits normalerweise der begrenzende Faktor für die Leistung der Elektrode während des letzten EDM-Vorgangs.
In einem anderen MMT-Artikel gab Mercer an, dass die Biegefestigkeit höher als 13.000 psi sein sollte, um sicherzustellen, dass Graphit zu tiefen und dünnen Rippen verarbeitet werden kann, ohne zu brechen.Der Herstellungsprozess von Graphitelektroden ist langwierig und erfordert möglicherweise detaillierte, schwer zu bearbeitende Merkmale. Daher trägt die Sicherstellung einer solchen Haltbarkeit zur Kostensenkung bei.
Die Shore-Härte misst die Verarbeitbarkeit von Graphitsorten.Mercer warnt davor, dass zu weiche Graphitsorten die Werkzeugschlitze verstopfen, den Bearbeitungsprozess verlangsamen oder die Löcher mit Staub füllen und dadurch Druck auf die Lochwände ausüben können.In diesen Fällen kann eine Reduzierung des Vorschubs und der Geschwindigkeit Fehler verhindern, erhöht jedoch die Bearbeitungszeit.Bei der Bearbeitung kann der harte, feinkörnige Graphit auch dazu führen, dass das Material am Lochrand bricht.Diese Materialien können auch sehr abrasiv auf das Werkzeug einwirken, was zu Verschleiß führt, der die Integrität des Lochdurchmessers beeinträchtigt und die Arbeitskosten erhöht.Um eine Durchbiegung bei hohen Härtewerten zu vermeiden, ist es im Allgemeinen erforderlich, den Bearbeitungsvorschub und die Geschwindigkeit an jeder Stelle mit einer Shore-Härte über 80 um 1 % zu reduzieren.
Aufgrund der Art und Weise, wie EDM ein Spiegelbild der Elektrode im bearbeiteten Teil erzeugt, ist laut Mercer auch eine dicht gepackte, gleichmäßige Mikrostruktur für Graphitelektroden unerlässlich.Unebene Partikelgrenzen erhöhen die Porosität, wodurch die Partikelerosion zunimmt und der Elektrodenausfall beschleunigt wird.Während des anfänglichen Elektrodenbearbeitungsprozesses kann die ungleichmäßige Mikrostruktur auch zu einer ungleichmäßigen Oberflächenbeschaffenheit führen – dieses Problem ist bei Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren noch schwerwiegender.Harte Stellen im Graphit können auch dazu führen, dass sich das Werkzeug verbiegt und die fertige Elektrode dann nicht den Spezifikationen entspricht.Diese Ablenkung kann so gering sein, dass das schräge Loch am Eintrittspunkt gerade erscheint.
Es gibt spezielle Graphitverarbeitungsmaschinen.Obwohl diese Maschinen die Produktion erheblich beschleunigen werden, sind sie nicht die einzigen Maschinen, die Hersteller verwenden können.Zusätzlich zur Staubkontrolle (später im Artikel beschrieben) berichteten frühere MMS-Artikel auch über die Vorteile von Maschinen mit schnellen Spindeln und Steuerung mit hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten für die Graphitherstellung.Idealerweise sollte die schnelle Steuerung auch über zukunftsweisende Funktionen verfügen und Anwender sollten Software zur Werkzeugwegoptimierung verwenden.
Beim Imprägnieren von Graphitelektroden – also dem Füllen der Poren der Graphitmikrostruktur mit mikrometergroßen Partikeln – empfiehlt Garda den Einsatz von Kupfer, da sich damit spezielle Kupfer- und Nickellegierungen, wie sie beispielsweise in Luft- und Raumfahrtanwendungen verwendet werden, stabil verarbeiten lassen.Mit Kupfer imprägnierte Graphitsorten erzeugen feinere Oberflächen als nicht imprägnierte Sorten derselben Klassifizierung.Sie können auch unter widrigen Bedingungen wie schlechter Spülung oder unerfahrenen Bedienern eine stabile Verarbeitung erzielen.
Laut Mercers drittem Artikel ist synthetischer Graphit – wie er zur Herstellung von EDM-Elektroden verwendet wird – zwar biologisch inert und daher zunächst weniger schädlich für den Menschen als einige andere Materialien, eine unsachgemäße Belüftung kann jedoch dennoch Probleme verursachen.Synthetischer Graphit ist leitfähig, was zu Problemen mit dem Gerät führen kann, das bei Kontakt mit leitenden Fremdmaterialien zu einem Kurzschluss führen kann.Darüber hinaus erfordert Graphit, der mit Materialien wie Kupfer und Wolfram imprägniert ist, besondere Sorgfalt.
Mercer erklärte, dass das menschliche Auge Graphitstaub in sehr geringen Konzentrationen nicht sehen kann, er aber dennoch Reizungen, Tränenfluss und Rötungen verursachen kann.Kontakt mit Staub kann abrasiv und leicht reizend wirken, es ist jedoch unwahrscheinlich, dass er absorbiert wird.Der zeitlich gewichtete durchschnittliche (TWA) Expositionsrichtwert für Graphitstaub in 8 Stunden beträgt 10 mg/m3, was eine sichtbare Konzentration darstellt und niemals im verwendeten Staubsammelsystem erscheint.
Eine übermäßige Einwirkung von Graphitstaub über einen längeren Zeitraum kann dazu führen, dass die eingeatmeten Graphitpartikel in der Lunge und den Bronchien verbleiben.Dies kann zu einer schweren chronischen Pneumokoniose namens Graphit-Krankheit führen.Die Graphitisierung hängt normalerweise mit natürlichem Graphit zusammen, in seltenen Fällen jedoch mit synthetischem Graphit.
Staub, der sich am Arbeitsplatz ansammelt, ist leicht entflammbar und (im vierten Artikel) sagt Mercer, dass er unter bestimmten Bedingungen explodieren kann.Wenn die Zündung auf eine ausreichende Konzentration an in der Luft schwebenden Feinpartikeln trifft, kommt es zu einem Staubbrand und einer Verpuffung.Wenn der Staub in großen Mengen verteilt ist oder sich in einem geschlossenen Bereich befindet, besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit einer Explosion.Durch die Kontrolle aller gefährlichen Elemente (Brennstoff, Sauerstoff, Zündung, Diffusion oder Einschränkung) kann die Möglichkeit einer Staubexplosion erheblich verringert werden.In den meisten Fällen konzentriert sich die Industrie auf Kraftstoff, indem sie durch Belüftung Staub aus der Quelle entfernt, aber Geschäfte sollten alle Faktoren berücksichtigen, um maximale Sicherheit zu erreichen.Staubkontrollgeräte sollten außerdem über explosionssichere Löcher oder explosionssichere Systeme verfügen oder in einer Umgebung mit Sauerstoffmangel installiert werden.
Mercer hat zwei Hauptmethoden zur Kontrolle von Graphitstaub identifiziert: Hochgeschwindigkeitsluftsysteme mit Staubabscheidern – die je nach Anwendung fest oder tragbar sein können – und Nasssysteme, die den Bereich um den Fräser mit Flüssigkeit sättigen.
Betriebe, die eine kleine Menge Graphit verarbeiten, können ein tragbares Gerät mit einem hocheffizienten Partikelluftfilter (HEPA) verwenden, der zwischen den Maschinen bewegt werden kann.Allerdings sollten Werkstätten, die große Mengen Graphit verarbeiten, in der Regel auf eine stationäre Anlage zurückgreifen.Die Mindestluftgeschwindigkeit zum Auffangen von Staub beträgt 500 Fuß pro Minute, und die Geschwindigkeit im Kanal erhöht sich auf mindestens 2000 Fuß pro Sekunde.
Bei nassen Systemen besteht die Gefahr, dass Flüssigkeit in das Elektrodenmaterial „eindringt“ (absorbiert) wird und Staub wegspült.Wenn die Flüssigkeit nicht vor dem Einsetzen der Elektrode in das EDM entfernt wird, kann dies zu einer Verunreinigung des dielektrischen Öls führen.Betreiber sollten Lösungen auf Wasserbasis verwenden, da diese Lösungen weniger anfällig für Ölabsorption sind als Lösungen auf Ölbasis.Zum Trocknen der Elektrode vor der Verwendung von EDM wird das Material in der Regel etwa eine Stunde lang in einen Konvektionsofen bei einer Temperatur gelegt, die leicht über dem Verdampfungspunkt der Lösung liegt.Die Temperatur sollte 400 Grad nicht überschreiten, da das Material sonst oxidiert und korrodiert.Bediener sollten auch keine Druckluft zum Trocknen der Elektrode verwenden, da der Luftdruck die Flüssigkeit nur tiefer in die Elektrodenstruktur drückt.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 26.09.2021