Por que cobre tungstênio? | Desempenho EDM

Benefícios das propriedades e composições de cobre-tungstênio

Grande parte do valor do tungstênio de cobre para eletrodos de usinagem de descarga elétrica (EDM) é o resultado das propriedades mecânicas e físicas únicas dos materiais. Por exemplo, a alta condutividade elétrica do cobre e a resistência ao desgaste do tungstênio fazem uma combinação que otimiza a fabricação.

Diferentes composições de cobre de tungstênio também têm impacto no desempenho do eletrodo EDM. Além disso, o sucesso do processo EDM é influenciado pelas propriedades da peça e dos materiais do eletrodo.

Métricas para o sucesso do EDM

A escolha de um material de eletrodo depende, em última análise, de sua capacidade de interagir produtivamente com o material da peça de trabalho, bem como do objetivo de produção específico. Algumas métricas comuns para medir o sucesso de um trabalho de produção de EDM incluem:

• Taxa de desgaste do eletrodo (EWR)
• Taxa de remoção de material (MRR)
• Ra (rugosidade média) acabamento superficial

O tungstênio de cobre pode melhorar o EWR, devido à sua integridade estrutural inata e sua resistência ao “arco DC”, uma frustração comum relacionada ao EDM. O MRR, ou velocidade de corte , depende em grande parte da interação entre as propriedades do material e os parâmetros de usinagem.

Efeitos de propriedades materiais do cobre tungstênio

Com sua excelente condutividade térmica, o cobre é a porção da composição de cobre de tungstênio que impulsiona a velocidade de corte. Então, por que não usar um eletrodo de cobre puro? A resposta é que o cobre eletrolítico (puro) apresenta enormes desafios na fabricação e nas taxas de desgaste.

No entanto, a combinação de cobre com tungstênio melhora ambas as condições, produzindo um desempenho geral dramaticamente melhor.

Curiosamente, a adição de tungstênio ao cobre geralmente gera uma camada reformulada, comumente chamada de “camada preta”, durante o processo de EDM. Embora essa camada possa realmente melhorar a resistência ao desgaste, o acúmulo adicional reduz ligeiramente a condutividade térmica e, em última análise, reduz o MRR.

Cobre-tungstênio como material composto

Materiais compostos como cobre tungstênio não são ligas verdadeiras. Em vez disso, são pseudo-ligas compostas de um composto de dois materiais quimicamente ou fisicamente díspares.

Os métodos tradicionais de liga, que exigem que os materiais puros sejam solúveis, são ineficazes para o tungstênio de cobre. Isso porque com pontos de fusão de cerca de 1981°F (1083°C) e 6152°F (3400°C) para cobre e tungstênio, respectivamente, o cobre evaporaria antes mesmo de o tungstênio começar a derreter.

À medida que a EDM cresceu em popularidade como um processo de usinagem não tradicional para fazer matrizes e moldes - especialmente em peças de metal duro e aço ferramenta - os metalúrgicos do pó experimentaram diferentes métodos de fabricação para combinar tungstênio de cobre, como:

• Sinterização em fase líquida
• Moldagem por injeção de metal
• Prensagem a quente
• Pulverização de plasma a vácuo
• Liga mecânica

Porosidade e densidade de cobre e tungstênio

O material do eletrodo de cobre e tungstênio é mais comumente fabricado por meio de um processo de metalurgia do pó , no qual um “esqueleto” poroso de tungstênio pré-sinterizado é infiltrado por cobre líquido. Geralmente, o processo de prensa-sinterização-infiltrado reduz o risco de porosidade, que é uma preocupação fundamental para fabricantes de eletrodos e maquinistas de eletroerosão, pois pode causar uma colisão na cavidade de eletroerosão.

No entanto, um compósito de cobre e tungstênio totalmente denso é quase impossível de fabricar. Isso porque a diferença na contração térmica entre o tungstênio sólido e o cobre fundido durante o resfriamento pós-infiltração ainda pode causar alguma porosidade residual.

Alguns estudos mostraram que o uso de partículas de tungstênio em nanoescala revestidas em pó de cobre e uma temperatura de sinterização mais baixa podem melhorar a densidade do material final, reduzindo assim o risco de poros, lacas de cobre e aglomerados de tungstênio.

Da mesma forma, a prensagem a quente - um processo mais simples e econômico que envolve calor e pressão simultâneos - também foi observado para melhorar a densidade.

Ajustando a composição de cobre de tungstênio para aplicações de EDM

Além de diferentes métodos de fabricação para melhorar a densidade e a microestrutura, manipular a relação de composição de cobre de tungstênio pode produzir propriedades de desempenho especializadas para aplicativos EDM.

Geralmente, quanto maior a porcentagem de tungstênio, maior o EWR e a estabilidade de corte, mas à custa de velocidades de corte mais lentas. Por outro lado, quanto mais cobre, melhor o acabamento superficial e o MRR, mas com EWR reduzido.

A composição mais padrão de cobre tungstênio é 30% Cu e 70% W. No entanto, a composição pode ser personalizada com base na aplicação, como 50% W e 50% Cu para chaves seladas. Para eletrodos de soldagem a ponto, 89% W e 11% Cu são comuns.

Parâmetros do processo EDM para melhorar o MRR

Como o EDM é um processo térmico, você pode inferir logicamente que o aumento da condutividade térmica aumentará o MRR. No entanto, é um desafio encontrar o “ponto ideal” onde a condutividade é alta o suficiente para melhorar as taxas de corte, mas não tão alta a ponto de deixar o centelhador vazio de calor.

Felizmente, existem modelos empíricos para determinar os parâmetros do processo relacionados às propriedades do material, ajudando a identificar o ponto ideal do parâmetro do processo que produzirá peças de acordo com as especificações com eficiência.

Mais importante, estudos mostraram que a condutividade térmica por si só não influencia o MRR . Em vez disso, a influência da condutividade térmica é realizada apenas em conjunto com a corrente de pico.

Isso significa que a combinação da condutividade térmica do cobre tungstênio e uma faísca mais forte e impactante faria uma remoção de material mais rápida (embora não bonita). Observe, no entanto, que apenas aumentar a corrente de pico sem também aumentar a condutividade comprometeria o acabamento da superfície, devido à queima mais explosiva e irregular.

Pitting e resistência ao arco DC do cobre tungstênio

Outro problema na EDM é o pitting, que ocorre quando o lodo do material do eletrodo EDM desgastado e o material da peça removida não são filtrados adequadamente do fluido dialético.

• Quando partículas suficientes se acumulam entre o eletrodo e a peça de trabalho, ele pode converter a corrente CA em corrente CC.
• Atuando como um eletrodo, o resíduo atrai uma faísca, que então forma um arco no fluido e cria uma descarga concentrada, causando um buraco no material.

Este arco DC muitas vezes passa despercebido até a ocorrência de pitting. Como a causa mais comum são as más condições de lavagem, os maquinistas procuram sistemas e softwares de filtragem de um mícron que podem responder à detecção de corrente CC e ajustar os parâmetros de corte de acordo.

Às vezes, no entanto, as más condições de lavagem podem ser difíceis de evitar, especialmente para queimaduras particularmente difíceis. Nessas situações, um eletrodo de cobre e tungstênio pode ser extremamente benéfico.

A integridade estrutural do cobre puro pode produzir acabamentos superficiais excepcionais, mesmo sem circuitos de polimento especiais. Sua resistência geral ao arco DC combinado com o alto ponto de fusão e a densidade do tungstênio fazem um eletrodo com alta resistência ao desgaste, mesmo em situações de lavagem deficientes.

Desempenho ideal do cobre tungstênio em EDM

Na EDM, a integridade estrutural de um material determina sua capacidade de suportar milhares de pequenas faíscas às quais o material será submetido e, em última análise, a qualidade da peça de trabalho. Portanto, um material de eletrodo com a combinação certa de propriedades pode significar a diferença entre um trabalho bem feito e um trabalho descartado.

É por isso que a alta condutividade elétrica do cobre e a resistência à erosão do arco, em combinação com a excelente condutividade térmica e resistência ao desgaste do tungstênio, proporcionam um desempenho ideal como material de eletrodo de EDM.

Para saber mais sobre tungstênio de cobre e por que você pode escolhê-lo para suas aplicações relacionadas a EDM, baixe nosso relatório sobre materiais de eletrodos de solda por resistência.