Le traitement du graphite peut être une activité délicate, il est donc essentiel de donner la priorité à certains problèmes pour assurer la productivité et la rentabilité.
Les faits ont prouvé que le graphite est difficile à usiner, en particulier pour les électrodes EDM qui nécessitent une excellente précision et une cohérence structurelle.Voici cinq points clés à retenir lors de l’utilisation du graphite :
Les qualités de graphite sont visuellement difficiles à distinguer, mais chacune possède des propriétés physiques et des performances uniques.Les qualités de graphite sont divisées en six catégories en fonction de la taille moyenne des particules, mais seules trois catégories plus petites (taille des particules de 10 microns ou moins) sont souvent utilisées dans l'EDM moderne.Le classement dans la classification est un indicateur des applications potentielles et des performances.
Selon un article de Doug Garda (Toyo Tanso, qui écrivait à l'époque pour notre publication sœur « MoldMaking Technology », mais maintenant il s'agit de SGL Carbon), des qualités avec une plage de granulométrie de 8 à 10 microns sont utilisées pour l'ébauche.Les applications de finition et de détail moins précises utilisent des qualités de particules de 5 à 8 microns.Les électrodes fabriquées à partir de ces qualités sont souvent utilisées pour fabriquer des moules de forgeage et de moulage sous pression, ou pour des applications moins complexes de poudre et de métal fritté.
Une conception détaillée et des fonctionnalités plus petites et plus complexes conviennent mieux aux tailles de particules allant de 3 à 5 microns.Les applications d'électrodes de cette gamme incluent la coupe de fil et l'aérospatiale.
Des électrodes de précision ultrafines utilisant des qualités de graphite d'une taille de particule de 1 à 3 microns sont souvent nécessaires pour les applications spéciales de métal et de carbure dans l'aérospatiale.
Lors de la rédaction d'un article pour MMT, Jerry Mercer de Poco Materials a identifié la taille des particules, la résistance à la flexion et la dureté Shore comme les trois déterminants clés des performances lors du traitement des électrodes.Cependant, la microstructure du graphite est généralement le facteur limitant les performances de l'électrode lors de l'opération finale d'électroérosion.
Dans un autre article du MMT, Mercer a déclaré que la résistance à la flexion devrait être supérieure à 13 000 psi pour garantir que le graphite puisse être transformé en nervures profondes et fines sans se briser.Le processus de fabrication des électrodes de graphite est long et peut nécessiter des caractéristiques détaillées et difficiles à usiner. Garantir une telle durabilité permet donc de réduire les coûts.
La dureté Shore mesure la maniabilité des qualités de graphite.Mercer prévient que les qualités de graphite trop molles peuvent obstruer les fentes des outils, ralentir le processus d'usinage ou remplir les trous de poussière, exerçant ainsi une pression sur les parois des trous.Dans ces cas-là, réduire l’avance et la vitesse peut éviter des erreurs, mais cela augmentera le temps de traitement.Lors du traitement, le graphite dur à petits grains peut également provoquer la rupture du matériau au bord du trou.Ces matériaux peuvent également être très abrasifs pour l'outil, entraînant une usure qui affecte l'intégrité du diamètre du trou et augmente les coûts de travail.Généralement, pour éviter la déviation à des valeurs de dureté élevées, il est nécessaire de réduire de 1 % l'avance et la vitesse de traitement de chaque point ayant une dureté Shore supérieure à 80.
En raison de la manière dont l'EDM crée une image miroir de l'électrode dans la pièce traitée, Mercer a également déclaré qu'une microstructure uniforme et bien tassée est essentielle pour les électrodes en graphite.Les limites inégales des particules augmentent la porosité, augmentant ainsi l'érosion des particules et accélérant la défaillance des électrodes.Au cours du processus d'usinage initial des électrodes, la microstructure inégale peut également conduire à une finition de surface inégale. Ce problème est encore plus grave sur les centres d'usinage à grande vitesse.Les points durs dans le graphite peuvent également provoquer une déviation de l'outil, ce qui rend l'électrode finale non conforme aux spécifications.Cette déviation peut être suffisamment légère pour que le trou oblique apparaisse droit au point d'entrée.
Il existe des machines spécialisées pour le traitement du graphite.Bien que ces machines accélèrent considérablement la production, ce ne sont pas les seules machines que les fabricants peuvent utiliser.En plus du contrôle de la poussière (décrit plus loin dans l'article), des articles antérieurs du MMS ont également signalé les avantages des machines dotées de broches rapides et d'un contrôle avec des vitesses de traitement élevées pour la fabrication du graphite.Idéalement, un contrôle rapide devrait également avoir des fonctionnalités tournées vers l'avenir et les utilisateurs devraient utiliser un logiciel d'optimisation du parcours d'outil.
Lors de l'imprégnation des électrodes de graphite, c'est-à-dire du remplissage des pores de la microstructure du graphite avec des particules de taille micrométrique, Garda recommande l'utilisation de cuivre car il peut traiter de manière stable des alliages spéciaux de cuivre et de nickel, tels que ceux utilisés dans les applications aérospatiales.Les qualités de graphite imprégnées de cuivre produisent des finitions plus fines que les qualités non imprégnées de la même classification.Ils peuvent également obtenir un traitement stable lorsqu'ils travaillent dans des conditions défavorables telles qu'un mauvais rinçage ou des opérateurs inexpérimentés.
Selon le troisième article de Mercer, bien que le graphite synthétique, celui utilisé pour fabriquer les électrodes EDM, soit biologiquement inerte et donc initialement moins nocif pour l'homme que certains autres matériaux, une mauvaise ventilation peut néanmoins causer des problèmes.Le graphite synthétique est conducteur, ce qui peut causer certains problèmes au dispositif, qui peut provoquer un court-circuit lorsqu'il entre en contact avec des matériaux conducteurs étrangers.De plus, le graphite imprégné de matériaux tels que le cuivre et le tungstène nécessite un soin particulier.
Mercer a expliqué que l'œil humain ne peut pas voir la poussière de graphite en très petites concentrations, mais qu'elle peut néanmoins provoquer des irritations, des larmoiements et des rougeurs.Le contact avec la poussière peut être abrasif et légèrement irritant, mais il est peu probable qu'elle soit absorbée.La directive d'exposition moyenne pondérée dans le temps (TWA) pour la poussière de graphite sur 8 heures est de 10 mg/m3, ce qui est une concentration visible et n'apparaîtra jamais dans le système de dépoussiérage utilisé.
Une exposition excessive à la poussière de graphite pendant une longue période peut entraîner le maintien des particules de graphite inhalées dans les poumons et les bronches.Cela peut conduire à une pneumoconiose chronique grave appelée maladie du graphite.La graphitisation est généralement liée au graphite naturel, mais dans de rares cas, elle est liée au graphite synthétique.
La poussière qui s'accumule sur le lieu de travail est hautement inflammable et (dans le quatrième article) Mercer affirme qu'elle peut exploser dans certaines conditions.Lorsque l'inflammation rencontre une concentration suffisante de fines particules en suspension dans l'air, un incendie de poussière et une déflagration se produisent.Si la poussière est dispersée en grande quantité ou se trouve dans un espace fermé, elle est plus susceptible d'exploser.Le contrôle de tout type d'élément dangereux (carburant, oxygène, inflammation, diffusion ou restriction) peut réduire considérablement les risques d'explosion de poussières.Dans la plupart des cas, l'industrie se concentre sur le carburant en éliminant la poussière de la source grâce à la ventilation, mais les magasins doivent prendre en compte tous les facteurs pour atteindre une sécurité maximale.Les équipements de contrôle de la poussière doivent également être dotés de trous ou de systèmes antidéflagrants, ou être installés dans un environnement pauvre en oxygène.
Mercer a identifié deux méthodes principales pour contrôler la poussière de graphite : des systèmes d'air à grande vitesse avec des dépoussiéreurs (qui peuvent être fixes ou portables selon l'application) et des systèmes humides qui saturent de liquide la zone autour de la fraise.
Les ateliers qui traitent une petite quantité de graphite peuvent utiliser un appareil portable doté d'un filtre à particules d'air à haute efficacité (HEPA) qui peut être déplacé entre les machines.Cependant, les ateliers qui traitent de grandes quantités de graphite devraient généralement utiliser un système fixe.La vitesse minimale de l'air pour capturer la poussière est de 500 pieds par minute et la vitesse dans le conduit augmente jusqu'à au moins 2 000 pieds par seconde.
Les systèmes humides courent le risque que le liquide « s’infiltre » (soit absorbé) dans le matériau de l’électrode pour éliminer la poussière.Le fait de ne pas retirer le fluide avant de placer l'électrode dans l'EDM peut entraîner une contamination de l'huile diélectrique.Les opérateurs doivent utiliser des solutions à base d’eau car ces solutions sont moins sujettes à l’absorption d’huile que les solutions à base d’huile.Le séchage de l'électrode avant d'utiliser l'EDM implique généralement de placer le matériau dans un four à convection pendant environ une heure à une température légèrement supérieure au point d'évaporation de la solution.La température ne doit pas dépasser 400 degrés, car cela oxyderait et corroderait le matériau.Les opérateurs ne doivent pas non plus utiliser d’air comprimé pour sécher l’électrode, car la pression de l’air ne fera que forcer le fluide plus profondément dans la structure de l’électrode.
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Heure de publication : 26 septembre 2021