Fünf Vorsichtsmaßnahmen bei der Verarbeitung von Graphit |Moderne Maschinenwerkstatt

Die Graphitverarbeitung kann ein schwieriges Geschäft sein, daher ist es für die Produktivität und Rentabilität entscheidend, bestimmte Probleme an die erste Stelle zu setzen.
Tatsachen haben bewiesen, dass Graphit schwer zu bearbeiten ist, insbesondere für Erodierelektroden, die eine hervorragende Präzision und Strukturbeständigkeit erfordern.Hier sind fünf wichtige Punkte, die Sie bei der Verwendung von Graphit beachten sollten:
Graphitsorten sind optisch schwer zu unterscheiden, aber jede hat einzigartige physikalische Eigenschaften und Leistung.Graphitsorten werden nach der durchschnittlichen Partikelgröße in sechs Kategorien eingeteilt, aber in der modernen EDM werden oft nur drei kleinere Kategorien (Partikelgröße von 10 Mikrometer oder weniger) verwendet.Der Rang in der Klassifizierung ist ein Indikator für mögliche Anwendungen und Leistung.
Laut einem Artikel von Doug Garda (Toyo Tanso, der damals für unsere Schwesterpublikation „MoldMaking Technology“ schrieb, heute aber SGL Carbon ist) werden zum Schruppen Sorten mit einem Partikelgrößenbereich von 8 bis 10 µm verwendet.Für weniger präzise Endbearbeitungs- und Detailanwendungen werden Körnungen mit einer Partikelgröße von 5 bis 8 Mikron verwendet.Elektroden aus diesen Qualitäten werden häufig zum Herstellen von Schmiede- und Druckgussformen oder für weniger komplexe Pulver- und Sintermetallanwendungen verwendet.
Feines Detaildesign und kleinere, komplexere Merkmale sind besser für Partikelgrößen im Bereich von 3 bis 5 Mikrometer geeignet.Elektrodenanwendungen in diesem Bereich umfassen 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.
Beim Verfassen eines Artikels für MMT identifizierte Jerry Mercer von Poco Materials Partikelgröße, Biegefestigkeit und Shore-Härte als die drei Schlüsselfaktoren für die Leistung während der Elektrodenverarbeitung.Die Mikrostruktur von Graphit ist jedoch normalerweise der begrenzende Faktor für die Leistung der Elektrode während des abschließenden EDM-Vorgangs.
In einem anderen MMT-Artikel erklärte Mercer, 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. Eine solche Haltbarkeit trägt also 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 so Druck auf die Lochwände ausüben können.In diesen Fällen kann die Reduzierung von Vorschub und Geschwindigkeit Fehler vermeiden, aber die Verarbeitungszeit verlängern.Bei der Bearbeitung kann der harte, kleinkörnige Graphit auch dazu führen, dass das Material am Lochrand bricht.Diese Materialien können auch sehr abrasiv für das Werkzeug sein, was zu Verschleiß führt, was 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 jeder Spitze 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, sagte Mercer auch, dass eine dicht gepackte, gleichmäßige Mikrostruktur für Graphitelektroden unerlässlich ist.Ungleichmäßige Partikelgrenzen erhöhen die Porosität, wodurch die Partikelerosion erhöht und das Versagen der Elektroden beschleunigt wird.Während des anfänglichen Elektrodenbearbeitungsprozesses kann die ungleichmäßige Mikrostruktur auch zu einer ungleichmäßigen Oberflächenbeschaffenheit führen – dieses Problem ist bei Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren noch gravierender.Harte Stellen im Graphit können auch dazu führen, dass sich das Werkzeug durchbiegt, wodurch die endgültige Elektrode außerhalb der Spezifikation liegt.Diese Durchbiegung kann so gering sein, dass das schräge Loch am Eintrittspunkt gerade erscheint.
Es gibt spezielle Graphitbearbeitungsmaschinen.Obwohl diese Maschinen die Produktion erheblich beschleunigen werden, sind sie nicht die einzigen Maschinen, die Hersteller verwenden können.Neben der Staubkontrolle (wird später im Artikel beschrieben) berichteten frühere MMS-Artikel auch über die Vorteile von Maschinen mit schnellen Spindeln und einer Steuerung mit hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten für die Graphitherstellung.Idealerweise sollte die Schnellsteuerung auch zukunftsweisende Funktionen haben und die Benutzer sollten eine Software zur Werkzeugwegoptimierung verwenden.
Beim Imprägnieren von Graphitelektroden – also dem Füllen der Poren der Graphitmikrostruktur mit mikrometergroßen Partikeln – empfiehlt Garda die Verwendung von Kupfer, da es spezielle Kupfer- und Nickellegierungen, wie sie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt verwendet werden, stabil verarbeiten kann.Mit Kupfer imprägnierte Graphitsorten erzeugen feinere Oberflächen als nicht imprägnierte Sorten der gleichen Klassifizierung.Sie können auch unter widrigen Bedingungen wie schlechtem Spülen oder unerfahrenen Bedienern eine stabile Verarbeitung erzielen.
Laut Mercers drittem Artikel ist synthetischer Graphit, der 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 zu Problemen führen.Synthetischer Graphit ist leitfähig, was zu Problemen mit dem Gerät führen kann, das bei Kontakt mit fremden leitfähigen Materialien einen Kurzschluss verursachen 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, aber dennoch Reizungen, Tränen und Rötungen verursachen kann.Der Kontakt mit Staub kann abrasiv und leicht reizend sein, es ist jedoch unwahrscheinlich, dass er absorbiert wird.Der zeitgewichtete Durchschnitt (TWA) der Expositionsrichtlinie für Graphitstaub in 8 Stunden beträgt 10 mg/m3, was eine sichtbare Konzentration ist und niemals im verwendeten Staubsammelsystem erscheinen wird.
Bei zu langer Exposition gegenüber Graphitstaub können die eingeatmeten Graphitpartikel in Lunge und Bronchien verbleiben.Dies kann zu einer schweren chronischen Pneumokoniose, der sogenannten Graphitkrankheit, führen.Die Graphitisierung ist normalerweise mit natürlichem Graphit verbunden, in seltenen Fällen jedoch mit synthetischem Graphit.
Staub, der sich am Arbeitsplatz ansammelt, ist leicht entzündlich und (im vierten Artikel) sagt Mercer, dass er unter bestimmten Bedingungen explodieren kann.Wenn die Zündung auf eine ausreichende Konzentration feiner Partikel in der Luft trifft, kommt es zu einem Staubbrand und einer Verpuffung.Wenn der Staub in großen Mengen verteilt wird oder sich in einem geschlossenen Bereich befindet, ist es wahrscheinlicher, dass er explodiert.Die Kontrolle jeglicher gefährlicher Elemente (Kraftstoff, Sauerstoff, Entzündung, Diffusion oder Einschränkung) kann die Möglichkeit einer Staubexplosion stark reduzieren.In den meisten Fällen konzentriert sich die Industrie auf Kraftstoff, indem sie den Staub durch Belüftung aus der Quelle entfernt, aber Geschäfte sollten alle Faktoren berücksichtigen, um maximale Sicherheit zu erreichen.Staubbekämpfungsgeräte sollten auch explosionsgeschützte Löcher oder explosionssichere Systeme haben oder in einer sauerstoffarmen Umgebung installiert werden.
Mercer hat zwei Hauptmethoden zur Kontrolle von Graphitstaub identifiziert: Hochgeschwindigkeits-Luftsysteme mit Staubabscheidern – die je nach Anwendung fest oder tragbar sein können – und Nasssysteme, die den Bereich um den Fräser mit Flüssigkeit sättigen.
Geschäfte, die eine kleine Menge Graphit verarbeiten, können ein tragbares Gerät mit einem hocheffizienten Partikelluftfilter (HEPA) verwenden, der zwischen den Maschinen bewegt werden kann.Werkstätten, die große Mengen Graphit verarbeiten, sollten jedoch in der Regel ein festes System verwenden.Die minimale Luftgeschwindigkeit zum Auffangen von Staub beträgt 500 Fuß pro Minute, und die Geschwindigkeit im Kanal erhöht sich auf mindestens 2000 Fuß pro Sekunde.
Bei Nasssystemen besteht die Gefahr, dass Flüssigkeit in das Elektrodenmaterial „aufgesaugt“ wird, um Staub wegzuspülen.Wird die Flüssigkeit nicht entfernt, bevor die Elektrode in das EDM eingesetzt 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.Das Trocknen der Elektrode vor der Verwendung von EDM beinhaltet normalerweise das Einlegen des Materials in einen Konvektionsofen für etwa eine Stunde bei einer Temperatur etwas über dem Verdampfungspunkt der Lösung.Die Temperatur sollte 400 Grad nicht überschreiten, da dies das Material oxidiert und korrodiert.Bediener sollten die Elektrode auch nicht mit Druckluft trocknen, da der Luftdruck die Flüssigkeit nur tiefer in die Elektrodenstruktur drückt.
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Postzeit: 26.09.2021