Электроды из вольфрамо-меди: непревзойденная производительность для EDM

Преимущества свойств и составов вольфрамо-меди

Гостья ценность вольфрамо-меди для электродов электроэрозии (EDM) — результат уникальных механических и физических свойств материалов. Например, высокая электрическая проводимость меди и износостойкость вольфрама создают комбинацию, оптимизирующую технологичность.

Разные составы вольфрамо-меди также влияют на производительность электрода EDM. Кроме того, успех EDM-процесса зависит от свойств материала заготовки и электрода.

Метрики успеха EDM

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

• Коэффициент износа электрода (EWR)
• Скорость удаления материала (MRR)
• Ra (средняя шероховатость) чистовой отделки

Вольфрам-медь может улучшить EWR благодаря своей врожденной структурной целостности и сопротивлению «дуговому разряду постоянного тока», распространенной проблеме EDM. MRR, или скорость резания, в значительной степени зависит от взаимодействия между материальными свойствами и параметрами обработки.

Эффекты материальных свойств вольфрамо-меди

С своей отличной теплопроводностью медь — это часть состава вольфрамо-меди, которая управляет скоростью резания. Так почему не использовать чистый медный электрод? Ответ в том, что электролитическая (чистая) медь создает огромные проблемы в технологичности и скоростях износа.

Однако комбинация меди с вольфрамом улучшает оба условия, создавая драматически лучшую общую производительность.

Интересно, что добавление вольфрама к меди часто генерирует переплавленный слой, обычно называемый «черным слоем», во время EDM-процесса. Хотя этот слой может фактически улучшить износостойкость, дополнительное накопление слегка снижает теплопроводность и в конечном счете снижает MRR.

Вольфрам-медь как композитный материал

Композитные материалы вроде вольфрамо-меди — это не настоящие сплавы. Скорее, это псевдосплавы, состоящие из композита двух химически или физически различных материалов.

Традиционные методы сплавления, требующие растворимости чистых материалов, неэффективны для вольфрамо-меди. Это потому, что с температурами плавления около 1981°F (1083°C) и 6152°F (3400°C) для меди и вольфрама соответственно, медь испарится до того, как вольфрам даже начнет плавиться.

По мере роста популярности EDM как нетрадиционного процесса обработки для изготовления штампов и форм — особенно в вольфрамо-кобальтных сплавах и инструментальных сталях — порошковые металлурги экспериментировали с разными методами фабрикации для комбинирования вольфрамо-меди, такими как:

• Сплавление жидкой фазы
• Литье металлов под давлением (MIM)
• Горячее прессование
• Вакуумное плазменное напыление
• Механическое легирование

Пористость и плотность вольфрамо-меди

Материал электродов из вольфрамо-меди чаще всего фабрикуется через процесс порошковой металлургии, в котором пористый предварительно спеканный вольфрамовый «скелет» инфильтруется жидкой медью. Обычно процесс прессования-спекания-инфильтрации снижает риск пористости, который является ключевой проблемой для производителей электродов и операторов EDM, потому что он может вызвать выемку в полости EDM.

Однако полностью плотный композит вольфрамо-меди почти невозможно изготовить. Это потому, что разница в термическом сжатии между твердым вольфрамом и расплавленной медью востепения после инфильтрации все еще может вызвать некоторую остаточную пористость.

Некоторые исследования показали, что использование наномасштабных частиц вольфрама, покрытых на медный порошок, и более низкая температура спекания могут улучшить плотность конечного материала, тем самым снижая риск пор, «медяных озер» и агломератов вольфрама.

Аналогично, горячее прессование — более простой и экономичный процесс, включающий одновременное тепло и давление — также было отмечено как улучшающее плотность.

Настройка состава вольфрамо-меди для EDM-применений

Помимо разных методов фабрикации для улучшения плотности и микроструктуры, манипулирование соотношением состава вольфрамо-меди может производить специализированные производительные свойства для EDM-применений.

Обычно чем выше процент вольфрама, тем больше EWR и стабильность резания, но за счет более медленных скоростей резания. И наоборот, чем больше меди, тем лучше чистовая отделка и MRR, но с пониженным EWR.

Наиболее стандартный состав вольфрамо-меди — 30% Cu и 70% W. Однако состав можно настроить на основе применения, например 50% W и 50% Cu для герметичных выключателей. Для электродов точечной сварки обычно используется 89% W и 11% Cu.

Параметры EDM-процесса для улучшения MRR

Поскольку EDM — термический процесс, можно логически заключить, что увеличение теплопроводности увеличит MRR. Однако это вызов — найти «сладкое место», где проводимость достаточно высока для улучшения скоростей резания, но не настолько высока, чтобы оставить зазор искры пустым от тепла.

К счастью, существуют эмпирические модели для определения параметров процесса в их отношении к материальным свойствам, помогающие выявить сладкое место параметров процесса, которое эффективно производит детали по спецификации.

Более критично, исследования показали, что теплопроводность одна не влияет на MRR. Вместо этого влияние теплопроводности реализуется только в сочетании с пиковым током.

Это означает, что комбинация теплопроводности вольфрамо-меди и более сильного, более воздействующего искры сделала бы для более быстрого (хотя и не красивого) удаления материала. Однако заметьте, что просто увеличение пикового тока без также увеличения проводимости компрометировало бы чистовую отделку из-за более взрывчатого, неравномерного обжига.

Выемки и сопротивление вольфрамо-меди дуговому разряду постоянного тока

Другая проблема в EDM — выемки (pitting), которые происходят, когда осадок из изношенного материала EDM-электрода и удаленного материала заготовки не правильно фильтруется из диэлектрической жидкости.

• Когда достаточно частиц накапливается между электродом и заготовкой, он может преобразовать переменный ток в постоянный ток.
• Действуя как электрод, отходы привлекают искру, которая затем дугует через жидкость и создает концентрированный разряд, в конечном счете вызывая яму в материале.

Этот дуговой разряд постоянного тока часто остается необнаруженным до тех пор, пока не произошли выемки. Поскольку наиболее распространенной причиной являются плохие условия промывки, механики смотрят на системы фильтрации в 1 микрон и программное обеспечение, которое может реагировать на обнаружение постоянного тока и корректировать параметры резания соответственно.

Иногда, однако, плохие условия промывки трудно избежать, особенно для особенно сложных обжигов. В этих ситуациях электрод из вольфрамо-меди может быть огромным преимуществом.

Структурная целостность чистой меди может производить исключительные чистовые отделки, даже без специальных контуров полировки. Её общее сопротивление дуговому разряду постоянного тока в сочетании с высокой температурой плавления и плотностью вольфрама создают электрод с высокой износостойкостью даже в плохих условиях промывки.

Оптимальная производительность вольфрамо-меди в EDM

В EDM структурная целостность материала определяет его способность выдерживать тысячи крошечных искр, denen материал будет подвергнут, и в конечном счете качество заготовки. Поэтому материал электрода с правильной комбинацией свойств может означать разницу между хорошо сделанной работой и списанной работой.

Именно поэтому высокая электрическая проводимость и сопротивление дуговой эрозии меди в комбинации с отличной теплопроводностью и износостойкостью вольфрама создают оптимальную производительность как материал электрода EDM.

Чтобы узнать больше о вольфрамом-меди и почему вы могли бы выбрать его для ваших EDM-связанных применений, скачайте наш отчет о материалах электродов контактной сварки.