1. Karakteristik EDM dari material grafit.
1.1. Kecepatan pemesinan pelepasan.
Grafit adalah material non-logam dengan titik leleh yang sangat tinggi yaitu 3.650 °C, sedangkan tembaga memiliki titik leleh 1.083 °C, sehingga elektroda grafit dapat menahan kondisi pengaturan arus yang lebih besar.
Ketika area pelepasan dan skala ukuran elektroda lebih besar, keunggulan pemesinan kasar material grafit dengan efisiensi tinggi menjadi lebih jelas.
Konduktivitas termal grafit adalah 1/3 dari tembaga, dan panas yang dihasilkan selama proses pelepasan muatan dapat digunakan untuk menghilangkan material logam secara lebih efektif. Oleh karena itu, efisiensi pemrosesan grafit lebih tinggi daripada elektroda tembaga dalam pemrosesan sedang dan halus.
Berdasarkan pengalaman pengolahan, kecepatan pemrosesan pelepasan muatan elektroda grafit 1,5~2 kali lebih cepat daripada elektroda tembaga dalam kondisi penggunaan yang tepat.
1.2. Konsumsi elektroda.
Elektroda grafit memiliki karakteristik yang mampu menahan kondisi arus tinggi, selain itu, dalam kondisi pengaturan pengamplasan kasar yang tepat, termasuk benda kerja baja karbon yang dihasilkan selama pengamplasan, penghilangan kandungan dan dekomposisi partikel karbon pada suhu tinggi fluida kerja, efek polaritas, di bawah aksi penghilangan sebagian kandungan, partikel karbon akan menempel pada permukaan elektroda untuk membentuk lapisan pelindung, memastikan elektroda grafit mengalami kehilangan kecil dalam pengamplasan kasar, atau bahkan "nol limbah".
Kehilangan elektroda utama dalam EDM berasal dari pemesinan kasar. Meskipun tingkat kehilangan tinggi pada kondisi pengaturan penyelesaian akhir, kehilangan keseluruhan juga rendah karena toleransi pemesinan yang kecil yang dialokasikan untuk komponen.
Secara umum, kehilangan daya elektroda grafit lebih kecil daripada elektroda tembaga pada pemesinan kasar dengan arus besar dan sedikit lebih besar daripada elektroda tembaga pada pemesinan akhir. Kehilangan daya elektroda grafit serupa.
1.3. Kualitas permukaan.
Diameter partikel material grafit secara langsung memengaruhi kekasaran permukaan hasil EDM. Semakin kecil diameternya, semakin rendah kekasaran permukaan yang dapat diperoleh.
Beberapa tahun lalu, dengan menggunakan material grafit berdiameter partikel phi 5 mikron, permukaan terbaik hanya dapat mencapai VDI18 edm (Ra0,8 mikron). Saat ini, diameter butiran material grafit telah mampu mencapai phi dalam kisaran 3 mikron, dan permukaan terbaik dapat mencapai VDI12 edm (Ra0,4 μm) yang stabil atau tingkat yang lebih canggih, namun elektroda grafit tersebut masih mencerminkan edm.
Material tembaga memiliki resistivitas rendah dan struktur kompak, serta dapat diproses secara stabil dalam kondisi sulit. Kekasaran permukaannya dapat kurang dari Ra0,1 m, dan dapat diproses dengan menggunakan cermin.
Oleh karena itu, jika pemesinan pelepasan muatan (discharge machining) menginginkan permukaan yang sangat halus, maka lebih tepat menggunakan material tembaga sebagai elektroda, yang merupakan keunggulan utama elektroda tembaga dibandingkan elektroda grafit.
Namun, elektroda tembaga dalam kondisi pengaturan arus besar, permukaan elektroda mudah menjadi kasar, bahkan muncul retakan, sedangkan material grafit tidak memiliki masalah ini. Persyaratan kekasaran permukaan untuk VDI26 (Ra2.0 mikron) terkait pemrosesan cetakan, dengan menggunakan elektroda grafit dapat dilakukan dari pemrosesan kasar hingga halus, mewujudkan efek permukaan yang seragam, dan menghilangkan cacat permukaan.
Selain itu, karena struktur grafit dan tembaga yang berbeda, titik korosi pelepasan permukaan elektroda grafit lebih teratur daripada elektroda tembaga. Oleh karena itu, ketika kekasaran permukaan yang sama yaitu VDI20 atau lebih tinggi diproses, butiran permukaan benda kerja yang diproses oleh elektroda grafit lebih jelas, dan efek permukaan butiran ini lebih baik daripada efek permukaan pelepasan elektroda tembaga.
1.4. Akurasi pemesinan.
Koefisien ekspansi termal material grafit kecil, sedangkan koefisien ekspansi termal material tembaga 4 kali lebih besar daripada material grafit. Oleh karena itu, dalam proses pelepasan muatan, elektroda grafit kurang rentan terhadap deformasi dibandingkan elektroda tembaga, sehingga dapat menghasilkan akurasi pemrosesan yang lebih stabil dan andal.
Terutama saat memproses rusuk yang dalam dan sempit, suhu tinggi lokal membuat elektroda tembaga mudah bengkok, tetapi elektroda grafit tidak.
Untuk elektroda tembaga dengan rasio kedalaman-diameter yang besar, nilai ekspansi termal tertentu harus dikompensasi untuk mengoreksi ukuran selama pengaturan pemesinan, sedangkan elektroda grafit tidak memerlukan hal tersebut.
1.5. Berat elektroda.
Material grafit memiliki kepadatan yang lebih rendah daripada tembaga, dan berat elektroda grafit dengan volume yang sama hanya 1/5 dari berat elektroda tembaga.
Terlihat bahwa penggunaan grafit sangat cocok untuk elektroda dengan volume besar, yang sangat mengurangi beban spindel mesin perkakas EDM. Elektroda ini tidak akan menimbulkan ketidaknyamanan dalam penjepitan karena bobotnya yang besar, dan tidak akan menghasilkan perpindahan defleksi dalam pemrosesan, dll. Terlihat bahwa penggunaan elektroda grafit sangat penting dalam pemrosesan cetakan skala besar.
1.6. Kesulitan pembuatan elektroda.
Performa pemesinan material grafit sangat baik. Hambatan pemotongannya hanya 1/4 dari tembaga. Di bawah kondisi pemrosesan yang tepat, efisiensi penggilingan elektroda grafit 2~3 kali lebih tinggi daripada elektroda tembaga.
Elektroda grafit mudah dibersihkan sudutnya, dan dapat digunakan untuk memproses benda kerja yang seharusnya diselesaikan dengan beberapa elektroda menjadi satu elektroda saja.
Struktur partikel unik dari material grafit mencegah terjadinya gerinda setelah penggilingan dan pembentukan elektroda, yang dapat langsung memenuhi persyaratan penggunaan ketika gerinda sulit dihilangkan dalam pemodelan yang kompleks, sehingga menghilangkan proses pemolesan elektroda secara manual dan menghindari perubahan bentuk serta kesalahan ukuran yang disebabkan oleh pemolesan.
Perlu dicatat bahwa, karena grafit merupakan material yang mudah menumpuk debu, penggilingan grafit akan menghasilkan banyak debu, sehingga mesin penggiling harus memiliki segel dan alat pengumpul debu.
Jika perlu menggunakan edM untuk memproses elektroda grafit, kinerja pemrosesannya tidak sebaik material tembaga, kecepatan pemotongannya sekitar 40% lebih lambat daripada tembaga.
1.7. Instalasi dan penggunaan elektroda.
Material grafit memiliki sifat pengikatan yang baik. Grafit dapat digunakan untuk mengikat grafit dengan perlengkapan dengan cara menggiling elektroda dan melepaskan muatan, yang dapat menghemat prosedur pemesinan lubang sekrup pada material elektroda dan menghemat waktu kerja.
Material grafit relatif rapuh, terutama elektroda yang kecil, sempit, dan panjang, yang mudah patah ketika terkena gaya eksternal selama penggunaan, tetapi dapat langsung diketahui bahwa elektroda telah rusak.
Jika menggunakan elektroda tembaga, maka hanya akan bengkok dan tidak patah, yang sangat berbahaya dan sulit ditemukan selama penggunaan, serta mudah menyebabkan benda kerja menjadi rusak.
1.8. Harga.
Bahan tembaga merupakan sumber daya yang tidak dapat diperbarui, tren harganya akan semakin mahal, sedangkan harga bahan grafit cenderung stabil.
Harga bahan baku tembaga meningkat dalam beberapa tahun terakhir, produsen grafit utama meningkatkan proses produksi grafit untuk menciptakan keunggulan kompetitif. Sekarang, dengan volume yang sama, harga bahan baku elektroda grafit secara umum cukup sebanding dengan harga bahan baku elektroda tembaga, tetapi grafit dapat mencapai pemrosesan yang efisien, sehingga menghemat banyak jam kerja dibandingkan dengan penggunaan elektroda tembaga, yang setara dengan pengurangan biaya produksi secara langsung.
Kesimpulannya, di antara 8 karakteristik elektroda grafit, keunggulannya sangat jelas: efisiensi penggilingan elektroda dan pemrosesan pelepasan muatan jauh lebih baik daripada elektroda tembaga; elektroda berukuran besar memiliki bobot yang ringan, stabilitas dimensi yang baik, elektroda tipis tidak mudah berubah bentuk, dan tekstur permukaannya lebih baik daripada elektroda tembaga.
Kelemahan material grafit adalah tidak cocok untuk pemrosesan pelepasan permukaan halus di bawah VDI12 (Ra0.4 m), dan efisiensi penggunaan edM untuk membuat elektroda rendah.
Namun, dari sudut pandang praktis, salah satu alasan penting yang memengaruhi promosi efektif material grafit di Tiongkok adalah dibutuhkannya mesin pengolahan grafit khusus untuk penggilingan elektroda, yang menimbulkan persyaratan baru bagi peralatan pengolahan perusahaan cetakan, dan beberapa perusahaan kecil mungkin tidak memiliki kondisi ini.
Secara umum, keunggulan elektroda grafit mencakup sebagian besar kesempatan pemrosesan edM, dan layak untuk dipopulerkan dan diaplikasikan, dengan manfaat jangka panjang yang cukup besar. Kekurangan dalam pemrosesan permukaan yang halus dapat diatasi dengan penggunaan elektroda tembaga.
2. Pemilihan material elektroda grafit untuk EDM
Untuk material grafit, terdapat empat indikator utama yang secara langsung menentukan kinerja material tersebut:
1) Diameter partikel rata-rata material
Diameter partikel rata-rata material secara langsung memengaruhi kondisi pembuangan material tersebut.
Semakin kecil ukuran partikel rata-rata material grafit, semakin seragam pelepasan muatannya, semakin stabil kondisi pelepasan muatannya, semakin baik kualitas permukaannya, dan semakin kecil kerugiannya.
Semakin besar ukuran partikel rata-rata, semakin baik tingkat penghilangan material yang dapat diperoleh dalam pemesinan kasar, tetapi efek permukaan hasil akhir kurang baik dan kehilangan elektroda besar.
2) Kekuatan lentur material
Kekuatan lentur suatu material merupakan cerminan langsung dari kekuatannya, yang menunjukkan kekencangan struktur internalnya.
Material dengan kekuatan tinggi memiliki kinerja ketahanan pelepasan yang relatif baik. Untuk elektroda dengan presisi tinggi, material dengan kekuatan yang baik sebaiknya dipilih sebisa mungkin.
3) Kekerasan Shore material
Grafit lebih keras daripada material logam, dan kehilangan pada alat potong lebih besar daripada kehilangan pada logam yang dipotong.
Pada saat yang sama, kekerasan tinggi material grafit lebih baik dalam pengendalian kehilangan daya.
4) Resistivitas intrinsik material
Laju pelepasan muatan material grafit dengan resistivitas intrinsik tinggi akan lebih lambat dibandingkan dengan material grafit yang memiliki resistivitas rendah.
Semakin tinggi resistivitas intrinsik, semakin kecil kerugian elektroda, tetapi semakin tinggi resistivitas intrinsik, semakin terpengaruh stabilitas pelepasan muatan.
Saat ini, tersedia berbagai macam jenis grafit dari pemasok grafit terkemuka di dunia.
Secara umum, berdasarkan diameter partikel rata-rata material grafit yang akan diklasifikasikan, partikel dengan diameter ≤ 4 μm didefinisikan sebagai grafit halus, partikel dengan diameter 5~10 μm didefinisikan sebagai grafit sedang, dan partikel dengan diameter di atas 10 μm didefinisikan sebagai grafit kasar.
Semakin kecil diameter partikel, semakin mahal material tersebut, semakin sesuai material grafit yang dapat dipilih sesuai dengan persyaratan dan biaya EDM.
3. Pembuatan elektroda grafit
Elektroda grafit terutama dibuat dengan cara penggilingan.
Dari sudut pandang teknologi pengolahan, grafit dan tembaga adalah dua material yang berbeda, dan karakteristik pemotongannya yang berbeda harus dikuasai.
Jika elektroda grafit diproses dengan proses elektroda tembaga, masalah pasti akan terjadi, seperti seringnya terjadi patahan pada lembaran, yang memerlukan penggunaan alat potong dan parameter pemotongan yang tepat.
Penggunaan elektroda grafit untuk pemesinan lebih tahan aus dibandingkan elektroda tembaga. Dari segi ekonomi, pilihan alat karbida adalah yang paling ekonomis. Memilih alat berlapis intan (disebut pisau grafit) harganya lebih mahal, tetapi alat berlapis intan memiliki umur pakai yang panjang, presisi pemrosesan yang tinggi, dan manfaat ekonomi secara keseluruhan yang baik.
Ukuran sudut depan pahat juga memengaruhi masa pakainya. Pahat dengan sudut depan 0° akan memiliki masa pakai hingga 50% lebih tinggi dibandingkan pahat dengan sudut depan 15°, stabilitas pemotongannya juga lebih baik. Namun, semakin besar sudutnya, semakin baik permukaan hasil pemesinan, dan penggunaan pahat dengan sudut 15° dapat menghasilkan permukaan hasil pemesinan terbaik.
Kecepatan pemotongan dalam pemesinan dapat disesuaikan sesuai dengan bentuk elektroda, biasanya 10 m/menit, mirip dengan pemesinan aluminium atau plastik, alat potong dapat langsung menempel dan lepas dari benda kerja dalam pemesinan kasar, dan fenomena runtuhan sudut dan fragmentasi mudah terjadi dalam pemesinan akhir, dan cara pergerakan cepat pisau ringan sering diadopsi.
Elektroda grafit dalam proses pemotongan akan menghasilkan banyak debu. Untuk menghindari partikel grafit terhirup ke spindel dan sekrup mesin, saat ini ada dua solusi utama: pertama, menggunakan mesin pengolahan grafit khusus; kedua, memodifikasi pusat pengolahan biasa dengan dilengkapi alat pengumpul debu khusus.
Mesin penggilingan kecepatan tinggi grafit khusus yang ada di pasaran memiliki efisiensi penggilingan yang tinggi dan dapat dengan mudah menyelesaikan pembuatan elektroda kompleks dengan presisi tinggi dan kualitas permukaan yang baik.
Jika EDM (Electrical Discharge Machining) diperlukan untuk membuat elektroda grafit, disarankan untuk menggunakan bahan grafit halus dengan diameter partikel yang lebih kecil.
Kinerja pemesinan grafit buruk, semakin kecil diameter partikelnya, semakin tinggi efisiensi pemotongan yang dapat diperoleh, dan masalah abnormal seperti seringnya kawat putus dan pinggiran permukaan dapat dihindari.
4. Parameter EDM elektroda grafit
Pemilihan parameter EDM untuk grafit dan tembaga sangat berbeda.
Parameter-parameter EDM terutama meliputi arus, lebar pulsa, jarak antar pulsa, dan polaritas.
Berikut ini menjelaskan dasar penggunaan rasional dari parameter-parameter utama ini.
Kepadatan arus elektroda grafit umumnya 10~12 A/cm2, jauh lebih besar daripada elektroda tembaga. Oleh karena itu, dalam rentang arus yang diizinkan di area yang sesuai, semakin besar arus yang dipilih, semakin cepat kecepatan pemrosesan pelepasan grafit, semakin kecil kerugian elektroda, tetapi kekasaran permukaan akan semakin tebal.
Semakin besar lebar pulsa, semakin rendah kerugian elektroda.
Namun, lebar pulsa yang lebih besar akan memperburuk stabilitas pemrosesan, memperlambat kecepatan pemrosesan, dan menghasilkan permukaan yang lebih kasar.
Untuk memastikan kehilangan elektroda yang rendah selama pemesinan kasar, lebar pulsa yang relatif besar biasanya digunakan, yang secara efektif dapat mewujudkan pemesinan elektroda grafit dengan kehilangan rendah ketika nilainya antara 100 dan 300 US.
Untuk mendapatkan permukaan yang halus dan efek pelepasan yang stabil, lebar pulsa yang lebih kecil harus dipilih.
Secara umum, lebar pulsa elektroda grafit sekitar 40% lebih kecil daripada elektroda tembaga.
Selisih pulsa terutama memengaruhi kecepatan pemesinan pelepasan dan stabilitas pemesinan. Semakin besar nilainya, semakin baik stabilitas pemesinan, yang bermanfaat untuk mendapatkan keseragaman permukaan yang lebih baik, tetapi kecepatan pemesinan akan berkurang.
Dengan tetap menjaga stabilitas pemrosesan, efisiensi pemrosesan yang lebih tinggi dapat diperoleh dengan memilih celah pulsa yang lebih kecil, tetapi ketika kondisi pelepasan tidak stabil, efisiensi pemrosesan yang lebih tinggi dapat diperoleh dengan memilih celah pulsa yang lebih besar.
Dalam pemesinan pelepasan elektroda grafit, celah pulsa dan lebar pulsa biasanya diatur pada 1:1, sedangkan dalam pemesinan elektroda tembaga, celah pulsa dan lebar pulsa biasanya diatur pada 1:3.
Dengan pemrosesan grafit yang stabil, rasio pencocokan antara celah pulsa dan lebar pulsa dapat disesuaikan menjadi 2:3.
Dalam kasus pembersihan pulsa kecil, akan bermanfaat untuk membentuk lapisan penutup pada permukaan elektroda, yang membantu mengurangi kehilangan elektroda.
Pemilihan polaritas elektroda grafit dalam EDM pada dasarnya sama dengan pemilihan polaritas elektroda tembaga.
Berdasarkan efek polaritas EDM, pemesinan polaritas positif biasanya digunakan saat memproses baja cetakan, yaitu elektroda dihubungkan ke kutub positif catu daya, dan benda kerja dihubungkan ke kutub negatif catu daya.
Dengan menggunakan arus dan lebar pulsa yang besar, pemilihan polaritas positif saat pemesinan dapat menghasilkan kerugian elektroda yang sangat rendah. Jika polaritasnya salah, kerugian elektroda akan menjadi sangat besar.
Hanya ketika permukaan perlu diproses dengan sangat halus hingga kurang dari VDI18 (Ra0.8 m) dan lebar pulsa sangat kecil, pemrosesan polaritas negatif digunakan untuk mendapatkan kualitas permukaan yang lebih baik, tetapi kerugian elektroda besar.
Kini, mesin perkakas CNC edM dilengkapi dengan parameter pemesinan pelepasan grafit.
Penggunaan parameter listrik bersifat cerdas dan dapat dihasilkan secara otomatis oleh sistem pakar mesin perkakas.
Secara umum, mesin dapat mengkonfigurasi parameter pemrosesan yang optimal dengan memilih pasangan material, jenis aplikasi, nilai kekasaran permukaan, dan memasukkan area pemrosesan, kedalaman pemrosesan, skala ukuran elektroda, dll., selama pemrograman.
Set elektroda grafit untuk mesin perkakas EDM memiliki beragam parameter pemrosesan, jenis material dapat dipilih dari grafit kasar, grafit halus, dan grafit yang sesuai dengan berbagai material benda kerja, yang kemudian dibagi lagi berdasarkan jenis aplikasi seperti standar, alur dalam, titik tajam, area luas, rongga besar, dan lain-lain. Set ini juga menyediakan pilihan prioritas pemrosesan dengan kerugian rendah, standar, efisiensi tinggi, dan sebagainya.
5. Kesimpulan
Material elektroda grafit baru ini layak dipopulerkan secara gencar dan keunggulannya akan secara bertahap diakui dan diterima oleh industri manufaktur cetakan dalam negeri.
Pemilihan material elektroda grafit yang tepat dan peningkatan mata rantai teknologi terkait akan memberikan manfaat berupa efisiensi tinggi, kualitas tinggi, dan biaya rendah bagi perusahaan manufaktur cetakan.
Waktu posting: 04-Des-2020