Искровая эрозия с использованием WC аддитивного производства

Jun 21, 2023

Связанные поставщики

В настоящее время исследователи продолжают использовать потенциал аддитивного производства для производства инструментальных электродов из карбида вольфрама и кобальта для электроэрозионной обработки с прицелом на промышленное применение.

Возрастающая сложность компонентов и постоянный прогресс в производстве инструментов и пресс-форм требуют постоянного совершенствования производственных процессов, таких как электроэрозионная обработка (EDM). Это осуществляется, например, за счет разработки новых типов технологических цепочек производства сложных электродов-инструментов. Аддитивное производство (АП) позволяет производить электроды-инструменты сложной геометрии с внутренними промывочными каналами для электроэрозионной обработки с небольшими конструктивными ограничениями. Карбид вольфрама-кобальта (WC-Co) представляет собой подходящий материал для электродов электроэрозионного инструмента, который обладает высокой термической и механической стабильностью и может также подвергаться аддитивной обработке. В статье представлены первые результаты исследований по использованию аддитивно изготовленных электродов-инструментов WC-Co в электроэрозионной обработке. В проекте принимают участие Институт станков и управления производством IWF при Берлинском техническом университете и Институт производственных систем и технологий проектирования им. Фраунгофера IPK.

Доктор технических наук. М. Полте, старший инженер IWF, Технический университет Берлина; Р. Хёрль, магистр наук, научный сотрудник IFW, Технический университет Берлина; Р. Больц, магистр наук, научный сотрудник IWF, Технический университет Берлина; Т.е. Браун, магистр наук, научный сотрудник IWF, Технический университет Берлина; Р.Й. Нойшефер, бакалавр наук, младший научный сотрудник МВФ, Технический университет Берлина

Предыдущие исследования ([1], [2] и [3]) процесса АМ лазерной порошковой сварки материала WC-Co продемонстрировали влияние плотности энергии Ev на содержание кобальта CCo в изготовленных образцах. В настоящем исследовании электроды-инструменты были изготовлены методом АМ с предварительно нагретой технологической камерой и WC-Co 83/17 (в виде порошкового материала), и они были проанализированы с точки зрения их влияния на процесс электроэрозионной обработки.

Путем изменения плотности энергии в диапазоне 300 Дж/мм3 ≤ Ev ≤ 900 Дж/мм3 в четыре этапа влияли на содержание кобальта CCo и связанные с ним свойства материала компонентов, такие как относительная плотность ρrel и электропроводность κ. Для каждой плотности энергии Ev были изготовлены и соответственно проанализированы два образца. Чтобы оценить пригодность для электроэрозионной обработки, были проведены дальнейшие испытания с электродами-инструментами, изготовленными аддитивным способом. Образцы оценивались путем определения скорости съема VW и относительного износа инструмента ϑrel для соответствующих электроэрозионных испытаний.

Кроме того, было проведено численное моделирование для исследования внутренней промывки электродов-инструментов с целью улучшения характеристик удаления материала. Для определения максимальной скорости потока v и объемного расхода V в рабочем зазоре были исследованы три различных геометрии промывочных каналов. Испытания проводились при различных площадях поперечного сечения промывочных каналов в диапазоне 0,196 мм2 < Ac < 0,785 мм2 и различных давлениях на входе в диапазоне 2 бар ≤ pc ≤ 40 бар.

Результаты показали, что для процессов АМ с плотностью энергии Ev = 500 Дж/мм3 наибольшая относительная плотность может быть достигнута при ρrel = 87 процентов. Действительно, для механической прочности σm электродов-инструментов для их использования в штамповочно-эрозионной электроэрозионной обработке требуется достаточно высокая относительная плотность, чтобы выдерживать высокие давления промывки pS. Образцы, полученные с плотностью энергии Ev = 900 Дж/мм3, были не пригодны для электроэрозионного процесса погружения из-за низкой относительной плотности ρотн.

Измерение содержания кобальта CCo показало самые высокие значения при плотностях энергии Ev = 300 Дж/мм3. Из-за настройки измерения было показано смещение значений содержания кобальта. При содержании кобальта CCo > 17 процентов можно также сделать вывод, что в процессе АМ кобальт не испарялся. Высокое содержание кобальта, возможно, может повысить электропроводность κ электрода-инструмента, что положительно скажется на процессе электроэрозионной обработки. Это можно подтвердить в ходе испытаний электроэрозионной обработки. Там скорость съема была максимальной: V̇w = 5,53 мм3/мин при плотности энергии Ev = 300 Дж/мм3.