El procesamiento de grafito puede ser un negocio complicado, por lo que priorizar ciertas cuestiones es fundamental para la productividad y la rentabilidad.
Los hechos han demostrado que el grafito es difícil de mecanizar, especialmente para electrodos de electroerosión que requieren excelente precisión y consistencia estructural.Aquí hay cinco puntos clave para recordar al usar grafito:
Los grados de grafito son visualmente difíciles de distinguir, pero cada uno tiene propiedades físicas y rendimiento únicos.Los grados de grafito se dividen en seis categorías según el tamaño promedio de partícula, pero en la electroerosión moderna solo se utilizan a menudo tres categorías más pequeñas (tamaño de partícula de 10 micrones o menos).El rango en la clasificación es un indicador de posibles aplicaciones y rendimiento.
Según un artículo de Doug Garda (Toyo Tanso, que en ese momento escribía para nuestra publicación hermana “MoldMaking Technology”, pero ahora es SGL Carbon), para el desbaste se utilizan calidades con un rango de tamaño de partículas de 8 a 10 micrones.Las aplicaciones de acabado y detalle menos precisas utilizan grados de tamaño de partícula de 5 a 8 micrones.Los electrodos fabricados con estos grados se utilizan a menudo para fabricar moldes de forja y moldes de fundición a presión, o para aplicaciones menos complejas de polvo y metal sinterizado.
El diseño de detalles finos y las características más pequeñas y complejas son más adecuadas para tamaños de partículas que oscilan entre 3 y 5 micrones.Las aplicaciones de electrodos en esta gama incluyen corte de alambre y aeroespacial.
A menudo se requieren electrodos de precisión ultrafinos que utilizan grados de grafito con un tamaño de partícula de 1 a 3 micrones para aplicaciones especiales de metales y carburos aeroespaciales.
Al escribir un artículo para MMT, Jerry Mercer de Poco Materials identificó el tamaño de las partículas, la resistencia a la flexión y la dureza Shore como los tres determinantes clave del rendimiento durante el procesamiento de electrodos.Sin embargo, la microestructura del grafito suele ser el factor limitante en el rendimiento del electrodo durante la operación final de electroerosión.
En otro artículo de MMT, Mercer afirmó que la resistencia a la flexión debe ser superior a 13.000 psi para garantizar que el grafito pueda procesarse en nervaduras profundas y delgadas sin romperse.El proceso de fabricación de electrodos de grafito es largo y puede requerir características detalladas y difíciles de mecanizar, por lo que garantizar una durabilidad como esta ayuda a reducir costos.
La dureza Shore mide la trabajabilidad de los grados de grafito.Mercer advierte que los grados de grafito que son demasiado blandos pueden obstruir las ranuras de las herramientas, ralentizar el proceso de mecanizado o llenar los agujeros con polvo, ejerciendo así presión sobre las paredes del agujero.En estos casos, reducir el avance y la velocidad puede evitar errores, pero aumentará el tiempo de procesamiento.Durante el procesamiento, el grafito duro y de grano pequeño también puede provocar la rotura del material en el borde del agujero.Estos materiales también pueden ser muy abrasivos para la herramienta, provocando desgaste, lo que afecta la integridad del diámetro del orificio y aumenta los costos de trabajo.Generalmente, para evitar la deflexión en valores de dureza altos, es necesario reducir en un 1% el avance de procesamiento y la velocidad de cada punto con una dureza Shore superior a 80.
Debido a la forma en que la electroerosión crea una imagen especular del electrodo en la pieza procesada, Mercer también dijo que una microestructura uniforme y bien empaquetada es esencial para los electrodos de grafito.Los límites desiguales de las partículas aumentan la porosidad, aumentando así la erosión de las partículas y acelerando la falla de los electrodos.Durante el proceso inicial de mecanizado de electrodos, la microestructura desigual también puede provocar un acabado superficial desigual; este problema es aún más grave en los centros de mecanizado de alta velocidad.Los puntos duros en el grafito también pueden hacer que la herramienta se desvíe, lo que hace que el electrodo final esté fuera de las especificaciones.Esta desviación puede ser lo suficientemente leve como para que el orificio oblicuo parezca recto en el punto de entrada.
Existen máquinas especializadas para procesar grafito.Aunque estas máquinas acelerarán enormemente la producción, no son las únicas que los fabricantes pueden utilizar.Además del control del polvo (descrito más adelante en el artículo), artículos anteriores de MMS también informaron sobre los beneficios de las máquinas con husillos rápidos y control con altas velocidades de procesamiento para la fabricación de grafito.Idealmente, el control rápido también debería tener funciones de futuro y los usuarios deberían utilizar un software de optimización de la trayectoria de la herramienta.
Al impregnar electrodos de grafito, es decir, llenar los poros de la microestructura de grafito con partículas del tamaño de una micra, Garda recomienda el uso de cobre porque puede procesar de manera estable aleaciones especiales de cobre y níquel, como las que se usan en aplicaciones aeroespaciales.Los grados de grafito impregnados de cobre producen acabados más finos que los grados no impregnados de la misma clasificación.También pueden lograr un procesamiento estable cuando trabajan en condiciones adversas, como un lavado deficiente o operadores sin experiencia.
Según el tercer artículo de Mercer, aunque el grafito sintético (el tipo utilizado para fabricar electrodos de electroerosión) es biológicamente inerte y, por lo tanto, inicialmente menos dañino para los humanos que otros materiales, una ventilación inadecuada aún puede causar problemas.El grafito sintético es conductor, lo que puede causar algunos problemas al dispositivo, que puede provocar un cortocircuito cuando entra en contacto con materiales conductores extraños.Además, el grafito impregnado con materiales como el cobre y el tungsteno requiere un cuidado especial.
Mercer explicó que el ojo humano no puede ver el polvo de grafito en concentraciones muy pequeñas, pero aún así puede causar irritación, lagrimeo y enrojecimiento.El contacto con el polvo puede ser abrasivo y ligeramente irritante, pero es poco probable que se absorba.La directriz de exposición promedio ponderada en el tiempo (TWA) para el polvo de grafito en 8 horas es de 10 mg/m3, que es una concentración visible y nunca aparecerá en el sistema de recolección de polvo en uso.
La exposición excesiva al polvo de grafito durante mucho tiempo puede hacer que las partículas de grafito inhaladas permanezcan en los pulmones y los bronquios.Esto puede provocar una neumoconiosis crónica grave llamada enfermedad del grafito.La grafitización suele estar relacionada con el grafito natural, pero en casos raros está relacionada con el grafito sintético.
El polvo que se acumula en el lugar de trabajo es altamente inflamable y (en el cuarto artículo) Mercer dice que puede explotar bajo ciertas condiciones.Cuando la ignición encuentra una concentración suficiente de partículas finas suspendidas en el aire, se producirá un incendio de polvo y una deflagración.Si el polvo se dispersa en gran cantidad o está en un área cerrada, es más probable que explote.Controlar cualquier tipo de elemento peligroso (combustible, oxígeno, ignición, difusión o restricción) puede reducir en gran medida la posibilidad de explosión de polvo.En la mayoría de los casos, la industria se centra en el combustible eliminando el polvo de la fuente mediante ventilación, pero las tiendas deben considerar todos los factores para lograr la máxima seguridad.El equipo de control de polvo también debe tener orificios o sistemas a prueba de explosiones, o instalarse en un entorno con deficiencia de oxígeno.
Mercer ha identificado dos métodos principales para controlar el polvo de grafito: sistemas de aire de alta velocidad con recolectores de polvo (que pueden ser fijos o portátiles según la aplicación) y sistemas húmedos que saturan el área alrededor del cortador con fluido.
Los talleres que procesan una pequeña cantidad de grafito pueden usar un dispositivo portátil con un filtro de partículas de aire de alta eficiencia (HEPA) que se puede mover entre máquinas.Sin embargo, los talleres que procesan grandes cantidades de grafito normalmente deberían utilizar un sistema fijo.La velocidad mínima del aire para capturar polvo es de 500 pies por minuto y la velocidad en el conducto aumenta al menos a 2000 pies por segundo.
Los sistemas húmedos corren el riesgo de que el líquido "se absorba" en el material del electrodo para eliminar el polvo.No eliminar el fluido antes de colocar el electrodo en el electroerosionador puede provocar la contaminación del aceite dieléctrico.Los operadores deben usar soluciones a base de agua porque estas soluciones son menos propensas a la absorción de aceite que las soluciones a base de aceite.Secar el electrodo antes de usar electroerosión generalmente implica colocar el material en un horno de convección durante aproximadamente una hora a una temperatura ligeramente superior al punto de evaporación de la solución.La temperatura no debe exceder los 400 grados, ya que esto oxidará y corroerá el material.Los operadores tampoco deben usar aire comprimido para secar el electrodo, porque la presión del aire solo forzará al fluido a penetrar más profundamente en la estructura del electrodo.
Princeton Tool espera ampliar su cartera de productos, aumentar su influencia en la costa oeste y convertirse en un proveedor general más fuerte.Para lograr estos tres objetivos al mismo tiempo, la adquisición de otro taller de mecanizado se convirtió en la mejor opción.
El dispositivo de electroerosión por hilo hace girar el hilo del electrodo guiado horizontalmente en el eje E controlado por CNC, proporcionando al taller espacio libre para la pieza de trabajo y flexibilidad para producir herramientas PCD complejas y de alta precisión.
Hora de publicación: 26 de septiembre de 2021