Почему медный вольфрам? | Производительность EDM

Преимущества медно-вольфрамовых свойств и составов

Значительная часть ценности медно-вольфрамового сплава для электродов для электроэрозионной обработки (EDM) является результатом уникальных механических и физических свойств материалов. Например, высокая электропроводность меди и износостойкость вольфрама создают комбинацию, оптимизирующую технологичность.

Различные составы вольфрамовой меди также влияют на характеристики электрода для электроэрозионной обработки. Кроме того, на успех процесса электроэрозионной обработки влияют свойства заготовки и электродных материалов.

Показатели успеха EDM

Выбор материала электрода в конечном счете зависит от его способности продуктивно взаимодействовать с материалом заготовки, а также от конкретной производственной задачи. Некоторые распространенные показатели для измерения успеха производственного задания EDM включают:

• Коэффициент износа электродов (EWR)
• Коэффициент съема материала (MRR)
• Обработка поверхности Ra (средняя шероховатость)

Медь-вольфрам может улучшить EWR из-за его врожденной структурной целостности и его устойчивости к «дуговому разряду постоянного тока», обычному расстройству, связанному с EDM. MRR или скорость резки , во многом зависит от взаимодействия между свойствами материала и параметрами обработки.

Влияние медного вольфрама на свойства материалов

Обладая превосходной теплопроводностью, медь является той частью медно-вольфрамовой композиции, которая определяет скорость резания. Так почему бы не использовать электрод из чистой меди? Ответ заключается в том, что электролитическая (чистая) медь создает огромные проблемы с точки зрения технологичности и скорости износа.

Однако сочетание меди с вольфрамом улучшает оба условия, значительно повышая общую производительность.

Интересно, что добавление вольфрама к меди часто приводит к образованию слоя повторного литья, обычно называемого «черным слоем», в процессе электроэрозионной обработки. Хотя этот слой на самом деле может улучшить износостойкость, дополнительное наращивание немного снижает теплопроводность и, в конечном счете, снижает MRR.

Медный вольфрам как композитный материал

Композитные материалы как медь вольфрам не настоящие сплавы. Скорее, это псевдосплавы, состоящие из двух химически или физически несопоставимых материалов.

Традиционные методы сплавления, требующие растворимости чистых материалов, неэффективны для медно-вольфрамового сплава. Это связано с тем, что при температурах плавления около 1981 °F (1083 ºC) и 6152 °F (3400 ºC) для меди и вольфрама соответственно медь испарится еще до того, как вольфрам начнет плавиться.

По мере роста популярности электроэрозионной обработки в качестве нетрадиционного процесса обработки для изготовления штампов и форм, особенно в заготовках из карбида вольфрама и инструментальной стали, специалисты по порошковой металлургии экспериментировали с различными методами изготовления комбинирования медно-вольфрамового сплава, такими как:

• Спекание в жидкой фазе
• Литье металлов под давлением
• Горячее прессование
• Вакуумно-плазменное распыление
• Механическое легирование

Пористость и плотность медного вольфрама

Медно-вольфрамовый электродный материал чаще всего изготавливается с помощью процесса порошковой металлургии. , в котором пористый предварительно спеченный вольфрамовый «каркас» пропитан жидкой медью. Как правило, процесс прессования-спекания-пропитки снижает риск пористости, которая является основной проблемой для производителей электродов и электроэрозионных станков, поскольку может вызвать выпуклость в полости электроэрозионного станка.

Однако полностью плотный медно-вольфрамовый композит практически невозможно изготовить. Это связано с тем, что разница в тепловом сжатии между твердым вольфрамом и расплавленной медью во время охлаждения после пропитки все еще может вызывать некоторую остаточную пористость.

Некоторые исследования показали, что использование наночастиц вольфрама, нанесенных на медный порошок, и более низкая температура спекания могут улучшить плотность конечного материала, тем самым снижая риск образования пор, медных озер и вольфрамовых агломератов.

Точно так же было отмечено, что горячее прессование — более простой и экономичный процесс, включающий одновременное нагревание и давление — повышает плотность.

Регулировка состава вольфрамовой меди для приложений электроэрозионной обработки

В дополнение к различным методам изготовления для улучшения плотности и микроструктуры, управление соотношением вольфрамово-медного состава может создавать специальные характеристики производительности для приложений EDM.

Как правило, чем выше процент вольфрама, тем выше EWR и стабильность резания, но за счет более низких скоростей резания. И наоборот, чем больше меди, тем лучше чистота поверхности и MRR, но с меньшим EWR.

Наиболее стандартный состав медно-вольфрамового сплава — 30 % Cu и 70 % W. Однако состав можно изменить в зависимости от области применения, например, 50 % W и 50 % Cu для герметичных переключателей. Для электродов для точечной сварки обычно используется 89% W и 11% Cu.

Параметры процесса EDM для улучшения MRR

Поскольку электроэрозионная обработка — это термический процесс, можно логически заключить, что увеличение теплопроводности увеличивает MRR. Тем не менее, сложно найти «золотую середину», где проводимость достаточно высока для повышения скорости резания, но не настолько высока, чтобы искровой разрядник не нагревался.

К счастью, существуют эмпирические модели для определения параметров процесса, поскольку они относятся к свойствам материала, что помогает определить золотую середину параметров процесса, позволяющую эффективно производить детали, соответствующие техническим требованиям.

Что еще более важно, исследования показали, что теплопроводность сама по себе не влияет на MRR. . Вместо этого влияние теплопроводности реализуется только в сочетании с пиковым током.

Это означает, что сочетание теплопроводности медного вольфрама и более сильной и мощной искры будет способствовать более быстрому (хотя и не красивому) удалению материала. Обратите внимание, однако, что простое увеличение пикового тока без увеличения проводимости ухудшит чистоту поверхности из-за более взрывоопасного и неравномерного горения.

Сопротивление точечной и медной вольфрамовой дуге постоянного тока

Еще одна проблема в электроэрозионной обработке — точечная коррозия, которая возникает, когда шлам от изношенного материала электрода электроэрозионной обработки и удаленного материала заготовки не отфильтровывается должным образом из диалектической жидкости.

• Когда между электродом и заготовкой скапливается достаточное количество частиц, он может преобразовывать переменный ток в постоянный.
• Действуя как электрод, отходы притягивают искру, которая затем пересекает жидкость и создает концентрированный разряд, что в конечном итоге приводит к образованию ямки в материале.

Это электрическая дуга постоянного тока часто остается незамеченным до тех пор, пока не произойдет точечная коррозия. Поскольку наиболее распространенной причиной являются плохие условия промывки, машинисты обращаются к системам фильтрации размером один микрон и программному обеспечению, которые могут реагировать на обнаружение постоянного тока и соответствующим образом корректировать параметры резки.

Однако иногда трудно избежать плохих условий промывки, особенно при особо тяжелых ожогах. В таких ситуациях медно-вольфрамовый электрод может оказаться очень полезным.

Структурная целостность чистой меди позволяет добиться исключительной чистоты поверхности даже без специальных циклов полировки. Его общая стойкость к дуговому разряду постоянного тока в сочетании с высокой температурой плавления и плотностью вольфрама делают электрод очень износостойким даже в условиях плохой промывки.

Оптимальная производительность меди вольфрама в EDM

В электроэрозионной обработке структурная целостность материала определяет его способность выдерживать тысячи крошечных искр, которым подвергается материал, и, в конечном счете, качество заготовки. Таким образом, электродный материал с правильным сочетанием свойств может означать разницу между хорошо выполненной работой и отказом от нее.

Вот почему высокая электропроводность меди и стойкость к дуговой эрозии в сочетании с превосходной теплопроводностью и износостойкостью вольфрама обеспечивают оптимальные характеристики в качестве электродного материала для электроэрозионной обработки.

Чтобы узнать больше о вольфрамово-медных сплавах и о том, почему вы можете выбрать их для электроэрозионной обработки, загрузите наш отчет о материалах электродов для контактной сварки.