Elektroda Tembaga Tungsten: Performa Tak Tertandingi untuk Aplikasi EDM
Manfaat Properti & Komposisi Tembaga Tungsten
Sebagian besar nilai dari tembaga tungsten untuk elektroda electrical discharge machining (EDM) adalah hasil dari properti mekanis dan fisik unik dari material. Misalnya, konduktivitas listrik tinggi tembaga dan ketahanan aus tungsten membuat kombinasi yang mengoptimalkan kemudahan manufaktur.
Komposisi tembaga tungsten yang berbeda juga memiliki dampak pada performa elektroda EDM. Selain itu, keberhasilan proses EDM dipengaruhi oleh properti workpiece dan material elektroda.
Metrik untuk Keberhasilan EDM
Pilihan material elektroda pada akhirnya tergantung pada kemampuannya untuk berinteraksi produktif dengan material workpiece, serta pada tujuan produksi tertentu. Beberapa metrik umum untuk mengukur keberhasilan pekerjaan produksi EDM meliputi:
- Electrode wear ratio (EWR)
- Material removal rate (MRR)
- Ra (roughness average) surface finish
Tembaga tungsten dapat meningkatkan EWR, karena integritas struktural bawaan dan resistensinya terhadap “DC arcing,” frustrasi umum yang terkait dengan EDM. MRR, atau kecepatan pemotongan, sangat bergantung pada interaksi antara properti material dan parameter pemesinan.
Efek Properti Material Tembaga Tungsten
Dengan konduktivitas termal yang sangat baik, tembaga adalah bagian dari komposisi tembaga tungsten yang mendorong kecepatan pemotongan. Jadi, mengapa tidak menggunakan elektroda tembaga murni? Jawabannya adalah bahwa elektroda elektrolitik (murni) tembaga menimbulkan tantangan besar dalam kemudahan manufaktur dan tingkat aus.
Namun, menggabungkan tembaga dengan tungsten meningkatkan kedua kondisi tersebut, menghasilkan performa keseluruhan yang jauh lebih baik.
Menariknya, penambahan tungsten pada tembaga seringkali menghasilkan lapisan recast, yang sering disebut sebagai “black layer,” selama proses EDM. Sementara lapisan ini sebenarnya dapat meningkatkan ketahanan aus, penumpukan tambahan sedikit menurunkan konduktivitas termal dan pada akhirnya mengurangi MRR.
Tembaga Tungsten sebagai Material Komposit
Material komposit seperti tembaga tungsten bukan alloy sejati. Sebaliknya, mereka adalah pseudo-alloy yang terdiri dari komposit dua material yang berbeda secara kimia atau fisik.
Metode alloy tradisional, yang memerlukan material murni larut, tidak efektif untuk tembaga tungsten. Itu karena dengan titik leleh sekitar 1981°F (1083ºC) dan 6152°F (3400ºC) untuk tembaga dan tungsten masing-masing, tembaga akan menguap sebelum tungsten bahkan mulai meleleh.
Seiring EDM semakin populer sebagai proses pemesinan non-tradisional untuk membuat cetakan dan cetakan matri — terutama pada workpiece karbida tungsten dan tool steel — metalurg bubuk telah bereksperimen dengan berbagai metode pembuatan untuk menggabungkan tembaga tungsten, seperti:
- Liquid phase sintering
- Metal injection molding
- Hot pressing
- Vacuum plasma spray
- Mechanical alloying
Porositas dan Kepadatan Tembaga Tungsten
Material elektroda tembaga tungsten paling umum diproduksi melalui proses metalurgi bubuk, di mana “rangka” tungsten yang telah disinter awalnya dan berpori diinfus oleh cairan tembaga. Umumnya, proses press-sinter-infiltrate mengurangi risiko porositas, yang merupakan perhatian utama untuk produsen elektroda dan tukang EDM karena dapat menyebabkan bumbung pada rongga EDM.
Namun, komposit tembaga tungsten yang sepenuhnya padat hampir tidak mungkin diproduksi. Itu karena perbedaan kontraksi termal antara tungsten padat dan cairan tembaga selama pendinginan pasca-infiltrasi masih dapat menyebabkan beberapa porositas sisa.
Beberapa studi menunjukkan bahwa penggunaan partikel tungsten skala nano yang dilapis pada bubuk tembaga dan suhu sintering yang lebih rendah dapat meningkatkan kepadatan material akhir, sehingga mengurangi risiko pori, danau tembaga, dan agregat tungsten.
Demikian pula, hot pressing — proses yang lebih sederhana dan hemat biaya yang melibatkan panas dan tekanan bersamaan — juga dicatat dapat meningkatkan kepadatan.
Menyesuaikan Rasio Komposisi Tembaga Tungsten untuk Aplikasi EDM
Selain berbagai metode pembuatan untuk meningkatkan kepadatan dan mikrostruktur, manipulasi rasio komposisi tembaga tungsten dapat menghasilkan properti performa khusus untuk aplikasi EDM.
Umumnya semakin tinggi persentase tungsten, semakin tinggi EWR dan stabilitas pemotongan, namun dengan biaya kecepatan pemotongan yang lebih lambat. Sebaliknya, semakin banyak tembaga, semakin baik finishing permukaan dan MRR, namun dengan EWR yang berkurang.
Komposisi standar dari tembaga tungsten adalah 30% Cu dan 70% W. Namun, komposisi dapat disesuaikan berdasarkan aplikasi, seperti 50% W dan 50% Cu untuk switch yang dilapisi. Untuk elektroda las spot, 89% W dan 11% Cu adalah yang umum.
Parameter Proses EDM untuk Meningkatkan MRR
Karena EDM adalah proses termal, Anda dapat secara logis menyimpulkan bahwa meningkatkan konduktivitas termal akan meningkatkan MRR. Namun, ini adalah tantangan untuk menemukan “sweet spot” di mana konduktivitas cukup tinggi untuk meningkatkan laju pemotongan, namun tidak begitu tinggi sehingga gap spark kosong dari panas.
Untungnya, ada model empiris untuk menentukan parameter proses sehubungan dengan properti material, membantu mengidentifikasi sweet spot parameter proses yang akan menghasilkan bagian yang sesuai spesifikasi secara efisien.
Lebih krusial, studi telah menunjukkan bahwa konduktivitas termal sendirinya tidak mempengaruhi MRR. Sebaliknya, pengaruh konduktivitas termal terwujud hanya dalam kombinasikan dengan peak current.
Itu berarti kombinasi konduktivitas termal tembaga tungsten dan spark yang lebih kuat dan lebih berdampak akan menghasilkan penghapusan material yang lebih cepat (walaupun tidak rapi). Perhatikan, namun, bahwa hanya meningkatkan peak current tanpa juga meningkatkan konduktivitas akan mengompromikan finishing permukaan, karena pembakaran yang lebih meledak dan tidak merata.
Pitting dan Resistensi DC Arc Tembaga Tungsten
Masalah lain dalam EDM adalah pitting, yang terjadi ketika lumpur dari material elektroda EDM yang aus dan material workpiece yang dihapus tidak difilter dengan benar dari cairan dialectric.
- Sekitar cukup partikel terbentuk antara elektroda dan workpiece, itu dapat mengubah arus AC menjadi arus DC.
- Berperan seperti elektroda, limbah menarik spark, yang kemudian arc di seluruh cairan dan menciptakan discharge yang terpusat, pada akhirnya menyebabkan gumpalan pada material.
DC arcing ini sering tidak terdeteksi sampai pitting terjadi. Karena penyebab paling umum adalah kondisi flushing yang buruk, tukang mesin mencari sistem filtrasi satu mikron dan perangkat lunak yang dapat merespons deteksi arus DC dan menyesuaikan parameter pemotongan sesuai itu.
Kadang, namun, kondisi flushing yang buruk dapat sulit untuk dihindari, terutama untuk burn yang sangat sulit. Dalam situasi ini, elektroda tembaga tungsten dapat sangat bermanfaat.
Integritas struktural tembaga murni dapat menghasilkan finishing permukaan yang luar biasa, bahkan tanpa sirkuit polish khusus. Resistensi umum terhadap DC arcing digabungkan dengan titik leleh tinggi dan densitas tungsten membuat elektroda dengan ketahanan aus yang tinggi bahkan dalam situasi flushing yang buruk.
Dalam EDM, integritas struktural material menentukan kemampuannya untuk menahan ribuan spark kecil yang akan diterapkan pada material dan, pada akhirnya, kualitas workpiece. Oleh karena itu, material elektroda dengan kombinasi properti yang tepat dapat berarti perbedaan antara pekerjaan yang selesai dengan baik dan pekerjaan yang dibuang.
Itulah mengapa konduktivitas listrik tinggi tembaga dan resistensi erosi arc dalam kombinasi dengan konduktivitas termal yang sangat baik dan ketahanan aus tungsten membuat performa optimal sebagai material elektroda EDM.
Untuk mempelajari lebih lanjut tentang tembaga tungsten dan mengapa Anda mungkin memilikinya untuk aplikasi terkait EDM Anda, unduh laporan kami tentang material elektroda las tahan hambatan.
