Waarom koperwolfraam? | EDM-prestaties

Voordelen van eigenschappen en samenstellingen van koperwolfraam

Veel van de waarde van koperwolfraam voor elektroden voor het bewerken van elektrische ontlading (EDM) is het resultaat van de unieke mechanische en fysische eigenschappen van de materialen. Zo zorgen de hoge elektrische geleidbaarheid van koper en de slijtvastheid van wolfraam voor een combinatie die de maakbaarheid optimaliseert.

Verschillende wolfraamkopersamenstellingen hebben ook een impact op de prestaties van EDM-elektroden. Bovendien wordt het succes van het EDM-proces beïnvloed door de eigenschappen van het werkstuk en de elektrodematerialen.

Metrieken voor EDM-succes

De keuze van een elektrodemateriaal hangt uiteindelijk af van het vermogen om productief te interageren met het werkstukmateriaal, evenals van het specifieke productiedoel. Enkele veelvoorkomende meetwaarden voor het meten van het succes van een EDM-productietaak zijn:

• Elektrodeslijtageverhouding (EWR)
• Materiaalverwijderingspercentage (MRR)
• Ra (gemiddeld ruwheid) oppervlakteafwerking

Koperwolfraam kan EWR verbeteren, vanwege zowel de aangeboren structurele integriteit als de weerstand tegen "DC-boogvorming", een veel voorkomende EDM-gerelateerde frustratie. De MRR, of snijsnelheid , is grotendeels afhankelijk van de interactie tussen materiaaleigenschappen en bewerkingsparameters.

Materiële eigenschapseffecten van koperwolfraam

Met zijn uitstekende thermische geleidbaarheid is koper het deel van de koperwolfraamsamenstelling dat de snijsnelheid stimuleert. Dus waarom niet een puur koperen elektrode gebruiken? Het antwoord is dat elektrolytisch (puur) koper enorme uitdagingen met zich meebrengt op het gebied van maakbaarheid en slijtage.

Het combineren van koper met wolfraam verbetert echter beide omstandigheden, wat resulteert in een dramatisch betere algehele prestatie.

Interessant is dat de toevoeging van wolfraam aan koper tijdens het EDM-proces vaak een herschikte laag genereert, gewoonlijk "zwarte laag" genoemd. Hoewel deze laag de slijtvastheid daadwerkelijk kan verbeteren, verlaagt de extra opbouw de thermische geleidbaarheid enigszins en uiteindelijk de MRR.

Koper wolfraam als composietmateriaal

Samengestelde materialen zoals koperwolfraam zijn geen echte legeringen. Het zijn eerder pseudo-legeringen die bestaan ​​uit een composiet van twee chemisch of fysisch verschillende materialen.

Traditionele legeringsmethoden, waarbij de zuivere materialen oplosbaar moeten zijn, zijn niet effectief voor koperwolfraam. Dat komt omdat met smeltpunten van ongeveer 1981°F (1083ºC) en 6152°F (3400ºC) voor respectievelijk koper en wolfraam, het koper zou verdampen voordat het wolfraam zelfs maar begon te smelten.

Omdat EDM in populariteit is gegroeid als een niet-traditioneel bewerkingsproces voor het maken van matrijzen en matrijzen - vooral in werkstukken van wolfraamcarbide en gereedschapsstaal - hebben poedermetallurgen geëxperimenteerd met verschillende fabricagemethoden voor het combineren van koperwolfraam, zoals:

• Vloeibare fase sinteren
• Metaal spuitgieten
• Hete persing
• Vacuümplasmaspray
• Mechanisch legeren

Porositeit en koperwolfraamdichtheid

Koperwolfraamelektrodemateriaal wordt meestal vervaardigd via een poedermetallurgieproces , waarin een poreus voorgesinterd wolfraam "skelet" wordt geïnfiltreerd door vloeibaar koper. Over het algemeen vermindert het pers-sinter-infiltraatproces het risico op porositeit, wat een belangrijk punt van zorg is voor elektrodefabrikanten en EDM-machinisten omdat het een bobbel in de EDM-holte kan veroorzaken.

Een volledig dicht koper-wolfraamcomposiet is echter bijna onmogelijk te vervaardigen. Dat komt omdat het verschil in thermische contractie tussen vast wolfraam en gesmolten koper tijdens afkoeling na infiltratie nog steeds enige resterende porositeit kan veroorzaken.

Sommige onderzoeken hebben aangetoond dat het gebruik van wolfraamdeeltjes op nanoschaal gecoat op koperpoeder en een lagere sintertemperatuur de dichtheid van het uiteindelijke materiaal kan verbeteren, waardoor het risico op poriën, koperplakken en wolfraamagglomeraten wordt verminderd.

Evenzo is opgemerkt dat heet persen - een eenvoudiger en kosteneffectiever proces met gelijktijdige warmte en druk - de dichtheid verbetert.

Tungsten Copper-compositie aanpassen voor EDM-toepassingen

Naast verschillende fabricagemethoden voor het verbeteren van de dichtheid en microstructuur, het manipuleren van de tungsten koper samenstellingsverhouding kan gespecialiseerde prestatie-eigenschappen voor EDM-toepassingen produceren.

Over het algemeen geldt:hoe hoger het percentage wolfraam, hoe groter de EWR en snijstabiliteit, maar dit gaat ten koste van lagere snijsnelheden. Omgekeerd geldt:hoe meer koper, hoe beter de oppervlakteafwerking en MRR, maar met verminderde EWR.

De meest standaard samenstelling van koperwolfraam is 30% Cu en 70% W. De samenstelling kan echter worden aangepast op basis van de toepassing, zoals 50% W en 50% Cu voor afgedichte schakelaars. Voor puntlaselektroden is 89% W en 11% Cu gebruikelijk.

EDM-procesparameters om MRR te verbeteren

Omdat EDM een thermisch proces is, zou je logischerwijs kunnen concluderen dat een toenemende thermische geleidbaarheid de MRR zal verhogen. Het is echter een uitdaging om de "sweet spot" te vinden waar de geleidbaarheid hoog genoeg is om de snijsnelheid te verbeteren, maar niet zo hoog dat de vonkbrug geen warmte meer krijgt.

Gelukkig zijn er empirische modellen voor het bepalen van procesparameters omdat ze betrekking hebben op materiaaleigenschappen, wat helpt bij het identificeren van de sweet spot van de procesparameter die efficiënt onderdelen volgens de specificaties zal produceren.

Wat nog belangrijker is, is dat onderzoeken hebben aangetoond dat thermische geleidbaarheid alleen de MRR niet beïnvloedt . In plaats daarvan wordt de invloed van thermische geleidbaarheid alleen gerealiseerd in combinatie met piekstroom.

Dat betekent dat de combinatie van de thermische geleidbaarheid van koperwolfraam en een sterkere, meer impactvolle vonk zou zorgen voor snellere (zij het niet mooie) materiaalverwijdering. Houd er echter rekening mee dat alleen het verhogen van de piekstroom zonder ook de geleidbaarheid te vergroten de oppervlakteafwerking in gevaar zou brengen, vanwege de explosievere, ongelijkmatige verbranding.

Pitting en koperwolfraam DC-boogweerstand

Een ander probleem bij EDM is pitting, dat optreedt wanneer slib van versleten EDM-elektrodemateriaal en verwijderd werkstukmateriaal niet goed uit de dialectische vloeistof wordt gefilterd.

• Als zich voldoende deeltjes tussen de elektrode en het werkstuk vormen, kan het de wisselstroom omzetten in een gelijkstroom.
• Het afval werkt als een elektrode en trekt een vonk aan, die vervolgens een boog vormt over de vloeistof en een geconcentreerde ontlading veroorzaakt, wat uiteindelijk een put in het materiaal veroorzaakt.

Deze DC-vonken blijft vaak onopgemerkt totdat pitting heeft plaatsgevonden. Aangezien de meest voorkomende oorzaak slechte spoelomstandigheden zijn, kijken machinisten naar filtersystemen en software van één micron die kunnen reageren op de detectie van gelijkstroom en de snijparameters dienovereenkomstig kunnen aanpassen.

Soms zijn slechte spoelomstandigheden echter moeilijk te vermijden, vooral bij bijzonder moeilijke brandwonden. In deze situaties kan een koperen wolfraamelektrode enorm nuttig zijn.

De structurele integriteit van puur koper kan uitzonderlijke oppervlakteafwerkingen opleveren, zelfs zonder speciale polijstcircuits. De algemene weerstand tegen DC-boogvorming in combinatie met het hoge smeltpunt en de dichtheid van wolfraam zorgen voor een elektrode met een hoge slijtvastheid, zelfs bij slechte spoelsituaties.

Copper Tungsten's optimale prestatie in EDM

Bij EDM bepaalt de structurele integriteit van een materiaal of een materiaal bestand is tegen de duizenden minuscule vonken waaraan het materiaal zal worden blootgesteld en, uiteindelijk, de kwaliteit van het werkstuk. Daarom kan een elektrodemateriaal met de juiste combinatie van eigenschappen het verschil betekenen tussen een goed uitgevoerde klus en een geschrapte taak.

Daarom zorgen de hoge elektrische geleidbaarheid en vlamboogerosieweerstand van koper in combinatie met de uitstekende thermische geleidbaarheid en slijtvastheid van wolfraam voor optimale prestaties als EDM-elektrodemateriaal.

Voor meer informatie over koperwolfraam en waarom u dit zou kunnen kiezen voor uw EDM-gerelateerde toepassingen, downloadt u ons rapport over materialen voor weerstandslaselektroden.