La lavorazione della grafite può essere un’attività complicata, quindi mettere alcune questioni al primo posto è fondamentale per la produttività e la redditività.
I fatti hanno dimostrato che la grafite è difficile da lavorare, soprattutto per gli elettrodi per elettroerosione che richiedono precisione e consistenza strutturale eccellenti.Ecco cinque punti chiave da ricordare quando si utilizza la grafite:
I gradi di grafite sono visivamente difficili da distinguere, ma ciascuno ha proprietà fisiche e prestazioni uniche.I gradi di grafite sono divisi in sei categorie in base alla dimensione media delle particelle, ma solo tre categorie più piccole (dimensione delle particelle di 10 micron o meno) vengono spesso utilizzate nella moderna elettroerosione.La posizione nella classifica è un indicatore delle potenziali applicazioni e prestazioni.
Secondo un articolo di Doug Garda (Toyo Tanso, che all'epoca scriveva per la nostra pubblicazione sorella “MoldMaking Technology”, ma ora è SGL Carbon), per la sgrossatura vengono utilizzate qualità con una dimensione delle particelle compresa tra 8 e 10 micron.Le applicazioni di finitura e dettaglio meno precise utilizzano granulometrie con dimensioni comprese tra 5 e 8 micron.Gli elettrodi realizzati con questi gradi vengono spesso utilizzati per realizzare stampi per forgiatura e pressofusione o per applicazioni meno complesse su polveri e metalli sinterizzati.
Il design dettagliato e le caratteristiche più piccole e complesse sono più adatti per dimensioni delle particelle comprese tra 3 e 5 micron.Le applicazioni degli elettrodi in questa gamma includono il taglio di fili e il settore aerospaziale.
Elettrodi di precisione ultrasottili che utilizzano gradi di grafite con una dimensione delle particelle da 1 a 3 micron sono spesso necessari per applicazioni speciali di metalli e carburi nel settore aerospaziale.
Scrivendo un articolo per MMT, Jerry Mercer di Poco Materials ha identificato la dimensione delle particelle, la resistenza alla flessione e la durezza Shore come i tre determinanti chiave delle prestazioni durante la lavorazione degli elettrodi.Tuttavia, la microstruttura della grafite è solitamente il fattore limitante nelle prestazioni dell'elettrodo durante l'operazione finale di elettroerosione.
In un altro articolo della MMT, Mercer ha affermato che la resistenza alla flessione dovrebbe essere superiore a 13.000 psi per garantire che la grafite possa essere trasformata in nervature profonde e sottili senza rompersi.Il processo di produzione degli elettrodi di grafite è lungo e può richiedere caratteristiche dettagliate e difficili da lavorare, quindi garantire una durata come questa aiuta a ridurre i costi.
La durezza Shore misura la lavorabilità dei gradi di grafite.Mercer avverte che i gradi di grafite troppo morbidi possono ostruire le fessure degli utensili, rallentare il processo di lavorazione o riempire i fori di polvere, esercitando così pressione sulle pareti del foro.In questi casi, ridurre l'avanzamento e la velocità può prevenire errori, ma aumenterà il tempo di elaborazione.Durante la lavorazione la grafite dura e a grana piccola può provocare anche la rottura del materiale sul bordo del foro.Questi materiali possono anche essere molto abrasivi per l'utensile, provocandone l'usura, che influisce sull'integrità del diametro del foro e aumenta i costi di lavorazione.In genere, per evitare deformazioni ad elevati valori di durezza, è necessario ridurre dell'1% l'avanzamento e la velocità di lavorazione di ogni punto con durezza Shore superiore a 80.
Dato che l’EDM crea un’immagine speculare dell’elettrodo nella parte lavorata, Mercer ha anche affermato che una microstruttura compatta e uniforme è essenziale per gli elettrodi di grafite.I confini irregolari delle particelle aumentano la porosità, aumentando così l’erosione delle particelle e accelerando il guasto degli elettrodi.Durante il processo iniziale di lavorazione dell'elettrodo, la microstruttura irregolare può anche portare a una finitura superficiale irregolare: questo problema è ancora più grave sui centri di lavoro ad alta velocità.Anche i punti duri nella grafite possono causare la flessione dell'utensile, facendo sì che l'elettrodo finale non rientri nelle specifiche.Questa deflessione può essere sufficientemente lieve da far apparire il foro obliquo diritto nel punto di ingresso.
Esistono macchine specializzate per la lavorazione della grafite.Sebbene queste macchine accelereranno notevolmente la produzione, non sono le uniche macchine che i produttori possono utilizzare.Oltre al controllo delle polveri (descritto più avanti nell'articolo), precedenti articoli di MMS riportavano anche i vantaggi delle macchine con mandrini veloci e del controllo con elevate velocità di lavorazione per la produzione di grafite.Idealmente, il controllo rapido dovrebbe avere anche funzionalità lungimiranti e gli utenti dovrebbero utilizzare un software di ottimizzazione del percorso utensile.
Quando si impregnano gli elettrodi di grafite, ovvero si riempiono i pori della microstruttura della grafite con particelle di dimensioni micron, Garda consiglia l'uso del rame perché può lavorare stabilmente leghe speciali di rame e nichel, come quelle utilizzate nelle applicazioni aerospaziali.I gradi di grafite impregnati di rame producono finiture più fini rispetto ai gradi non impregnati della stessa classificazione.Possono anche ottenere una lavorazione stabile quando si lavora in condizioni avverse come scarso lavaggio o operatori inesperti.
Secondo il terzo articolo di Mercer, sebbene la grafite sintetica, quella utilizzata per realizzare gli elettrodi per elettroerosione, sia biologicamente inerte e quindi inizialmente meno dannosa per l'uomo rispetto ad altri materiali, una ventilazione impropria può comunque causare problemi.La grafite sintetica è conduttiva, il che può causare alcuni problemi al dispositivo, che potrebbe andare in cortocircuito quando entra in contatto con materiali conduttivi estranei.Inoltre, la grafite impregnata con materiali come rame e tungsteno richiede particolare attenzione.
Mercer ha spiegato che l'occhio umano non può vedere la polvere di grafite in concentrazioni molto piccole, ma può comunque causare irritazione, lacrimazione e arrossamento.Il contatto con la polvere può essere abrasivo e leggermente irritante, ma difficilmente viene assorbito.La linea guida per l'esposizione media ponderata nel tempo (TWA) per la polvere di grafite in 8 ore è di 10 mg/m3, che è una concentrazione visibile e non apparirà mai nel sistema di raccolta della polvere in uso.
Un'esposizione eccessiva alla polvere di grafite per un lungo periodo può far sì che le particelle di grafite inalate rimangano nei polmoni e nei bronchi.Ciò può portare a una grave pneumoconiosi cronica chiamata malattia della grafite.La grafitizzazione è solitamente correlata alla grafite naturale, ma in rari casi è correlata alla grafite sintetica.
La polvere che si accumula sul posto di lavoro è altamente infiammabile e (nel quarto articolo) Mercer afferma che può esplodere in determinate condizioni.Quando l'accensione incontra una concentrazione sufficiente di particelle fini sospese nell'aria, si verificherà un incendio di polvere e una deflagrazione.Se la polvere è dispersa in grandi quantità o si trova in un'area chiusa, è più probabile che esploda.Il controllo di qualsiasi tipo di elemento pericoloso (carburante, ossigeno, accensione, diffusione o restrizione) può ridurre notevolmente la possibilità di esplosione della polvere.Nella maggior parte dei casi, l’industria si concentra sul carburante rimuovendo la polvere dalla fonte attraverso la ventilazione, ma i negozi dovrebbero considerare tutti i fattori per ottenere la massima sicurezza.Le apparecchiature per il controllo delle polveri dovrebbero inoltre essere dotate di fori o sistemi antideflagranti o essere installate in un ambiente carente di ossigeno.
Mercer ha identificato due metodi principali per controllare la polvere di grafite: sistemi ad aria ad alta velocità con collettori di polvere, che possono essere fissi o portatili a seconda dell'applicazione, e sistemi a umido che saturano di fluido l'area attorno alla taglierina.
I negozi che eseguono una piccola quantità di lavorazione della grafite possono utilizzare un dispositivo portatile con un filtro HEPA (particolato ad alta efficienza) che può essere spostato tra le macchine.Tuttavia, le officine che trattano grandi quantità di grafite dovrebbero solitamente utilizzare un sistema fisso.La velocità minima dell'aria per catturare la polvere è di 500 piedi al minuto e la velocità nel condotto aumenta fino ad almeno 2000 piedi al secondo.
I sistemi umidi corrono il rischio che il liquido venga assorbito nel materiale dell'elettrodo per eliminare la polvere.La mancata rimozione del fluido prima di posizionare l'elettrodo nell'EDM può provocare la contaminazione dell'olio dielettrico.Gli operatori dovrebbero utilizzare soluzioni a base di acqua perché queste soluzioni sono meno soggette all'assorbimento di olio rispetto alle soluzioni a base di olio.L'essiccazione dell'elettrodo prima dell'utilizzo dell'EDM comporta solitamente il posizionamento del materiale in un forno a convezione per circa un'ora a una temperatura leggermente superiore al punto di evaporazione della soluzione.La temperatura non deve superare i 400 gradi, poiché ciò ossiderà e corroderà il materiale.Inoltre, gli operatori non devono utilizzare aria compressa per asciugare l'elettrodo, poiché la pressione dell'aria spingerà solo il fluido più in profondità nella struttura dell'elettrodo.
Princeton Tool spera di espandere il proprio portafoglio di prodotti, aumentare la propria influenza sulla costa occidentale e diventare un fornitore complessivamente più forte.Per raggiungere questi tre obiettivi contemporaneamente, l'acquisizione di un'altra officina meccanica è diventata la scelta migliore.
Il dispositivo per elettroerosione a filo ruota il filo dell'elettrodo guidato orizzontalmente nell'asse E controllato da CNC, fornendo all'officina spazio per il pezzo e flessibilità per produrre utensili PCD complessi e di alta precisione.
Orario di pubblicazione: 26 settembre 2021