なぜ銅タングステン? | | EDMのパフォーマンス

銅タングステンの特性と組成の利点

放電加工（EDM）電極用の銅タングステンの価値の多く 材料のユニークな機械的および物理的特性の結果です。たとえば、銅の高い導電率とタングステン の耐摩耗性により、製造性を最適化する組み合わせが実現します。

異なるタングステン銅組成も、EDM 電極の性能に影響を与えます。さらに、EDM プロセスの成功は、ワークピースと電極材料の特性に影響されます。

EDM 成功の指標

電極材料の選択は、最終的には、ワークピース材料と生産的に相互作用する能力と、特定の生産目標に依存します。 EDM 制作ジョブの成功を測定するための一般的な指標には、次のものがあります。

• 電極消耗率 (EWR)
• 材料除去率 (MRR)
• Ra (平均粗さ) 表面仕上げ

銅タングステンは、本来の構造的完全性と、EDM 関連の一般的なフラストレーションである「DC アーク放電」に対する耐性の両方により、EWR を改善することができます。 MRR、または 切断速度 、材料特性と加工パラメータ間の相互作用に大きく依存します。

銅タングステンの材料特性の影響

優れた熱伝導率を持つ銅は、切削速度を促進する銅タングステン組成の一部です。では、純銅電極を使用してみませんか?答えは、電解 (純) 銅は、製造可能性と摩耗率に大きな課題をもたらすということです.

しかし、銅とタングステンを組み合わせると、両方の条件が改善され、全体的なパフォーマンスが劇的に向上します.

興味深いことに、銅にタングステンを追加すると、EDM プロセス中に一般に「黒色層」と呼ばれる再鋳造層が生成されることがよくあります。この層は実際には耐摩耗性を向上させることができますが、追加の蓄積により熱伝導率がわずかに低下し、最終的に MRR が低下します。

複合材料としての銅タングステン

複合材料 銅タングステンのように真の合金ではありません。むしろ、それらは化学的または物理的に異なる 2 つの材料の複合体で構成される疑似合金です。

純粋な材料を溶解する必要がある従来の合金法は、銅タングステンには効果がありません。これは、銅とタングステンの融点がそれぞれ約 1981°F (1083ºC) と 6152°F (3400ºC) であるため、タングステンが溶け始める前に銅が蒸発してしまうからです。

EDM は、金型や金型 (特に超硬合金や工具鋼のワークピース) を作成するための非伝統的な機械加工プロセスとして人気が高まっているため、粉末冶金学者は、次のような銅タングステンを組み合わせるためのさまざまな製造方法を試してきました。

• 液相焼結
• 金属射出成形
• ホットプレス
• 真空プラズマ溶射
• 機械的合金化

気孔率と銅タングステン密度

銅タングステン電極材料 は、粉末冶金プロセスによって最も一般的に製造されます 、多孔質の予備焼結タングステン「スケルトン」に液体銅が浸透しています。一般に、プレス焼結溶浸プロセスは気孔率のリスクを低減します。気孔率は、EDM キャビティに隆起を引き起こす可能性があるため、電極メーカーと EDM 機械工にとって重要な懸念事項です。

ただし、完全に高密度の銅タングステン複合材を製造することはほとんど不可能です。これは、溶浸後の冷却中の固体タングステンと溶融銅との間の熱収縮の違いにより、依然として残留気孔が生じる可能性があるためです。

いくつかの研究では、銅粉末にコーティングされたナノスケールのタングステン粒子を使用し、焼結温度を下げると、最終材料の密度が向上し、細孔、銅の湖、タングステン凝集体のリスクが軽減されることが示されています。

同様に、熱と圧力を同時に行う、より単純でコスト効果の高いプロセスであるホットプレスも、密度を向上させることが注目されています。

EDM アプリケーション向けのタングステン銅組成の調整

密度と微細構造を改善するためのさまざまな製造方法に加えて、タングステン銅の組成比を操作します EDM アプリケーションに特化したパフォーマンス プロパティを生成できます。

一般に、タングステンの割合が高いほど、EWR と切削安定性が高くなりますが、切削速度が遅くなります。逆に、銅が多いほど、表面仕上げと MRR は向上しますが、EWR は低下します。

銅タングステンの最も標準的な組成は 30% Cu と 70% W です。しかし、組成は用途に基づいてカスタマイズすることができます (密閉型スイッチの場合は 50% W と 50% Cu など)。スポット溶接電極の場合、89% W と 11% Cu が一般的です。

MRR を改善するための EDM プロセス パラメータ

EDM は熱プロセスであるため、熱伝導率が高くなると MRR が高くなると論理的に推測できます。ただし、導電率が切断率を向上させるのに十分なほど高いが、スパーク ギャップを熱から解放するほど高くない「スイート スポット」を見つけることは困難です。

幸いなことに、材料特性に関連するプロセス パラメータを決定するための経験的モデルがあり、仕様どおりの部品を効率的に製造するプロセス パラメータのスイート スポットを特定するのに役立ちます。

さらに重要なことに、熱伝導率だけでは MRR に影響しないことが研究で示されています。 .代わりに、熱伝導率の影響は、ピーク電流と組み合わせてのみ実現されます。

つまり、銅タングステンの熱伝導率と、より強力で影響力のある火花を組み合わせることで、(きれいではありませんが) 材料をより速く除去できます。ただし、導電率を増加させずにピーク電流を増加させるだけでは、爆発的で不均一な燃焼が発生するため、表面仕上げが損なわれることに注意してください。

孔食と銅タングステンの DC アーク抵抗

EDM のもう 1 つの問題は孔食です。これは、摩耗した EDM 電極材料と除去された工作物材料からのスラッジが、弁証法流体から適切にろ過されない場合に発生します。

• 電極とワークピースの間に十分な微粒子が蓄積すると、AC 電流を DC 電流に変換できます。
• 電極のように作用する廃棄物は火花を引き付け、それが液体全体にアーク放電を発生させて集中放電を引き起こし、最終的に材料に穴が開きます。

このDCアーク放電 多くの場合、孔食が発生するまで検出されません。最も一般的な原因は不十分な洗浄条件であるため、機械工は、DC 電流の検出に応答し、それに応じて切断パラメータを調整できる 1 ミクロンのろ過システムとソフトウェアに注目しています。

ただし、場合によっては、特にひどいやけどの場合は、フラッシングの状態が悪いことを避けるのが難しい場合があります。このような状況では、銅タングステン電極が非常に有益です。

純銅の構造的完全性により、特別な研磨回路がなくても、並外れた表面仕上げを実現できます。タングステンの高い融点と密度と組み合わせた DC アーク放電に対する一般的な耐性により、フラッシングが不十分な状況下でも高い耐摩耗性を備えた電極が実現します。

EDM における銅タングステンの最適なパフォーマンス

EDM では、材料の構造的完全性によって、材料がさらされる何千もの小さな火花に耐える能力が決まり、最終的にはワークピースの品質が決まります。したがって、特性の適切な組み合わせを備えた電極材料は、うまくいった仕事と廃棄された仕事の違いを意味する可能性があります.

そのため、銅の高い導電率と耐アーク腐食性が、タングステンの優れた熱伝導率と耐摩耗性と相まって、EDM 電極材料として最適な性能を発揮します。

銅タングステンの詳細と、EDM 関連の用途に銅タングステンを選択する理由については、抵抗溶接電極材料に関するレポートをダウンロードしてください。