Warum Kupfer-Wolfram? | EDM-Leistung

Vorteile von Eigenschaften und Zusammensetzungen von Kupfer-Wolfram

Ein Großteil des Wertes von Kupfer-Wolfram für Elektroerosionselektroden (EDM) ist das Ergebnis der einzigartigen mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Materialien. Die hohe elektrische Leitfähigkeit von Kupfer und die Verschleißfestigkeit von Wolfram ergeben beispielsweise eine Kombination, die die Herstellbarkeit optimiert.

Unterschiedliche Wolfram-Kupfer-Zusammensetzungen wirken sich auch auf die Leistung der EDM-Elektrode aus. Darüber hinaus wird der Erfolg des EDM-Prozesses von den Eigenschaften des Werkstücks und des Elektrodenmaterials beeinflusst.

Metriken für EDM-Erfolg

Die Wahl eines Elektrodenmaterials hängt letztlich von dessen Fähigkeit ab, produktiv mit dem Werkstückmaterial zusammenzuwirken, sowie vom jeweiligen Fertigungsziel. Einige gängige Metriken zur Messung des Erfolgs eines EDM-Produktionsauftrags sind:

• Elektrodenverschleißverhältnis (EWR)
• Materialentfernungsrate (MRR)
• Ra (durchschnittliche Rauheit) Oberflächenbeschaffenheit

Kupfer-Wolfram kann das EWR verbessern, sowohl aufgrund seiner angeborenen strukturellen Integrität als auch seiner Beständigkeit gegen „DC-Lichtbögen“, eine häufige Frustration im Zusammenhang mit EDM. Die MRR oder Schnittgeschwindigkeit , hängt stark von der Wechselwirkung zwischen Materialeigenschaften und Bearbeitungsparametern ab.

Materialeigenschaften von Kupfer-Wolfram

Mit seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit ist Kupfer der Teil der Kupfer-Wolfram-Zusammensetzung, der die Schnittgeschwindigkeit antreibt. Warum also nicht eine Elektrode aus reinem Kupfer verwenden? Die Antwort ist, dass elektrolytisches (reines) Kupfer enorme Herausforderungen in Bezug auf Herstellbarkeit und Verschleißraten darstellt.

Die Kombination von Kupfer mit Wolfram verbessert jedoch beide Bedingungen und führt zu einer dramatisch besseren Gesamtleistung.

Interessanterweise erzeugt die Zugabe von Wolfram zu Kupfer während des EDM-Prozesses häufig eine umgeformte Schicht, die allgemein als „schwarze Schicht“ bezeichnet wird. Während diese Schicht die Verschleißfestigkeit tatsächlich verbessern kann, verringert der zusätzliche Aufbau die Wärmeleitfähigkeit geringfügig und reduziert letztendlich die MRR.

Kupfer-Wolfram als Verbundmaterial

Verbundwerkstoffe wie Kupfer-Wolfram sind keine echten Legierungen. Vielmehr handelt es sich um Pseudolegierungen, die aus einem Verbundstoff aus zwei chemisch oder physikalisch unterschiedlichen Materialien bestehen.

Herkömmliche Legierungsverfahren, die erfordern, dass die reinen Materialien löslich sind, sind für Kupfer-Wolfram unwirksam. Das liegt daran, dass bei Schmelzpunkten von etwa 1981 °F (1083 °C) bzw. 6152 °F (3400 °C) für Kupfer und Wolfram das Kupfer verdampfen würde, bevor das Wolfram überhaupt zu schmelzen begann.

Da EDM als nicht-traditionelles Bearbeitungsverfahren zur Herstellung von Matrizen und Formen immer beliebter wird – insbesondere bei Werkstücken aus Wolframcarbid und Werkzeugstahl – haben Pulvermetallurgen mit verschiedenen Herstellungsmethoden zum Kombinieren von Kupfer-Wolfram experimentiert, wie zum Beispiel:

• Flüssigphasensintern
• Metallspritzguss
• Heißpressen
• Vakuum-Plasma-Spray
• Mechanisches Legieren

Porosität und Kupfer-Wolfram-Dichte

Kupfer-Wolfram-Elektrodenmaterial wird am häufigsten durch ein pulvermetallurgisches Verfahren hergestellt , bei dem ein poröses vorgesintertes „Skelett“ aus Wolfram mit flüssigem Kupfer infiltriert wird. Im Allgemeinen reduziert das Press-Sinter-Infiltrat-Verfahren das Risiko von Porosität, was ein Hauptanliegen von Elektrodenherstellern und Erodiermaschinenbauern ist, da es zu einer Erhebung im EDM-Hohlraum führen kann.

Es ist jedoch fast unmöglich, einen vollständig dichten Kupfer-Wolfram-Verbundwerkstoff herzustellen. Das liegt daran, dass der Unterschied in der thermischen Kontraktion zwischen festem Wolfram und geschmolzenem Kupfer während des Abkühlens nach der Infiltration immer noch eine gewisse Restporosität verursachen kann.

Einige Studien haben gezeigt, dass die Verwendung von nanoskaligen Wolframpartikeln, die auf Kupferpulver aufgetragen werden, und eine niedrigere Sintertemperatur die Dichte des Endmaterials verbessern und somit das Risiko von Poren, Kupferseen und Wolframagglomeraten verringern können.

Ebenso wurde festgestellt, dass Heißpressen – ein einfacheres und kostengünstigeres Verfahren mit gleichzeitiger Hitze und Druck – die Dichte verbessert.

Anpassung der Wolfram-Kupfer-Zusammensetzung für EDM-Anwendungen

Zusätzlich zu verschiedenen Herstellungsverfahren zur Verbesserung der Dichte und Mikrostruktur, Manipulation des Wolfram-Kupfer-Zusammensetzungsverhältnisses kann spezielle Leistungseigenschaften für EDM-Anwendungen erzeugen.

Im Allgemeinen gilt:Je höher der Anteil an Wolfram, desto größer der EWR und die Schnittstabilität, jedoch auf Kosten langsamerer Schnittgeschwindigkeiten. Umgekehrt, je mehr Kupfer, desto besser die Oberflächenbeschaffenheit und MRR, aber mit reduziertem EWR.

Die gängigste Zusammensetzung von Kupfer-Wolfram ist 30 % Cu und 70 % W. Die Zusammensetzung kann jedoch je nach Anwendung angepasst werden, z. B. 50 % W und 50 % Cu für abgedichtete Schalter. Bei Punktschweißelektroden sind 89 % W und 11 % Cu üblich.

EDM-Prozessparameter zur Verbesserung der MRR

Da EDM ein thermischer Prozess ist, können Sie logischerweise schlussfolgern, dass eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit die MRR erhöht. Es ist jedoch eine Herausforderung, den „Sweet Spot“ zu finden, an dem die Leitfähigkeit hoch genug ist, um die Schnittgeschwindigkeit zu verbessern, aber nicht so hoch, dass die Funkenstrecke ohne Wärme bleibt.

Glücklicherweise gibt es empirische Modelle zur Bestimmung von Prozessparametern in Bezug auf Materialeigenschaften, die dabei helfen, den idealen Punkt für Prozessparameter zu identifizieren, der effizient spezifikationsgerechte Teile produziert.

Noch wichtiger ist, dass Studien gezeigt haben, dass die Wärmeleitfähigkeit allein keinen Einfluss auf die MRR hat . Stattdessen wird der Einfluss der Wärmeleitfähigkeit nur in Verbindung mit dem Spitzenstrom realisiert.

Das bedeutet, dass die Kombination aus der Wärmeleitfähigkeit von Kupferwolfram und einem stärkeren, wirkungsvolleren Funken für eine schnellere (wenn auch nicht schöne) Materialentfernung sorgen würde. Beachten Sie jedoch, dass eine bloße Erhöhung des Spitzenstroms ohne Erhöhung der Leitfähigkeit die Oberflächenbeschaffenheit aufgrund des explosiveren, ungleichmäßigeren Abbrands beeinträchtigen würde.

Lochfraß und Copper Tungsten’s DC Arc Resistance

Ein weiteres Problem beim EDM ist Lochfraß, der auftritt, wenn Schlamm von abgenutztem EDM-Elektrodenmaterial und entferntem Werkstückmaterial nicht richtig aus der Dialektflüssigkeit herausgefiltert wird.

• Wenn sich zwischen Elektrode und Werkstück genügend Partikel ansammeln, kann sie den Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln.
• Der Abfall wirkt wie eine Elektrode und zieht einen Funken an, der dann über die Flüssigkeit schlägt und eine konzentrierte Entladung erzeugt, die letztendlich eine Vertiefung im Material verursacht.

Dieser DC-Überschlag bleibt oft unentdeckt, bis Lochfraß aufgetreten ist. Da die häufigste Ursache schlechte Spülbedingungen sind, suchen Maschinisten nach 1-Mikrometer-Filtrationssystemen und Software, die auf die Erkennung von Gleichstrom reagieren und die Schneidparameter entsprechend anpassen können.

Manchmal sind schlechte Spülbedingungen jedoch schwer zu vermeiden, insbesondere bei besonders schwierigen Verbrennungen. In diesen Situationen kann eine Kupfer-Wolfram-Elektrode von großem Vorteil sein.

Die strukturelle Integrität von reinem Kupfer kann außergewöhnliche Oberflächengüten erzeugen, selbst ohne spezielle Polierkreisläufe. Seine allgemeine Widerstandsfähigkeit gegen DC-Lichtbögen in Kombination mit dem hohen Schmelzpunkt und der hohen Dichte von Wolfram sorgen für eine Elektrode mit hoher Verschleißfestigkeit, selbst unter schlechten Spülbedingungen.

Optimale Leistung von Copper Tungsten in EDM

Beim EDM bestimmt die strukturelle Integrität eines Materials seine Fähigkeit, den Tausenden winziger Funken zu widerstehen, denen das Material ausgesetzt wird, und letztendlich die Qualität des Werkstücks. Daher kann ein Elektrodenmaterial mit der richtigen Kombination von Eigenschaften den Unterschied zwischen einer gut gemachten und einer verschrotteten Arbeit ausmachen.

Aus diesem Grund sorgen die hohe elektrische Leitfähigkeit und Lichtbogenerosionsbeständigkeit von Kupfer in Kombination mit der hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit von Wolfram für eine optimale Leistung als EDM-Elektrodenmaterial.

Um mehr über Kupfer-Wolfram zu erfahren und warum Sie es für Ihre EDM-bezogenen Anwendungen wählen sollten, laden Sie unseren Bericht über Elektrodenmaterialien für das Widerstandsschweißen herunter.