Pourquoi Cuivre Tungstène? | Performances GED

Avantages des propriétés et compositions du tungstène cuivre

Une grande partie de la valeur du tungstène de cuivre pour les électrodes d'usinage par décharge électrique (EDM) est le résultat des propriétés mécaniques et physiques uniques des matériaux. Par exemple, la conductivité électrique élevée du cuivre et la résistance à l'usure du tungstène forment une combinaison qui optimise la fabricabilité.

Différentes compositions de cuivre de tungstène ont également un impact sur les performances des électrodes EDM. De plus, le succès du processus EDM est influencé par les propriétés de la pièce et des matériaux d'électrode.

Métriques pour le succès de l'EDM

Le choix d'un matériau d'électrode dépend finalement de sa capacité à interagir de manière productive avec le matériau de la pièce, ainsi que de l'objectif de production particulier. Voici quelques mesures courantes pour mesurer le succès d'un travail de production EDM :

• Taux d'usure des électrodes (EWR)
• Taux d'enlèvement de matière (MRR)
• Finition de surface Ra (rugosité moyenne)

Le tungstène de cuivre peut améliorer l'EWR, en raison à la fois de son intégrité structurelle innée et de sa résistance aux "arcs CC", une frustration courante liée à l'EDM. Le MRR, ou vitesse de coupe , dépend largement de l'interaction entre les propriétés des matériaux et les paramètres d'usinage.

Effets des propriétés matérielles du cuivre tungstène

Avec son excellente conductivité thermique, le cuivre est la partie de la composition de tungstène de cuivre qui entraîne la vitesse de coupe. Alors, pourquoi ne pas utiliser une électrode en cuivre pur ? La réponse est que le cuivre électrolytique (pur) pose d'énormes défis en matière de fabricabilité et de taux d'usure.

Cependant, la combinaison du cuivre et du tungstène améliore les deux conditions, produisant une performance globale nettement meilleure.

Fait intéressant, l'ajout de tungstène au cuivre génère souvent une couche de refonte, communément appelée « couche noire », au cours du processus EDM. Bien que cette couche puisse réellement améliorer la résistance à l'usure, l'accumulation supplémentaire réduit légèrement la conductivité thermique et réduit finalement le MRR.

Tungstène cuivre comme matériau composite

Matériaux composites comme le cuivre, le tungstène ne sont pas de vrais alliages. Ce sont plutôt des pseudo-alliages constitués d'un composite de deux matériaux chimiquement ou physiquement disparates.

Les méthodes traditionnelles d'alliage, qui exigent que les matériaux purs soient solubles, sont inefficaces pour le tungstène de cuivre. En effet, avec des points de fusion d'environ 1 981 °F (1 083 °C) et 6 152 °F (3 400 °C) pour le cuivre et le tungstène respectivement, le cuivre s'évapore avant même que le tungstène ne commence à fondre.

Comme l'EDM a gagné en popularité en tant que processus d'usinage non traditionnel pour la fabrication de matrices et de moules - en particulier pour les pièces en carbure de tungstène et en acier à outils - les métallurgistes des poudres ont expérimenté différentes méthodes de fabrication pour combiner le cuivre et le tungstène, telles que :

• Frittage en phase liquide
• Moulage par injection de métal
• Pressage à chaud
• Pulvérisation plasma sous vide
• Alliage mécanique

Porosité et densité de tungstène de cuivre

Le matériau d'électrode en cuivre et tungstène est le plus souvent fabriqué par un procédé de métallurgie des poudres , dans lequel un "squelette" poreux en tungstène pré-fritté est infiltré par du cuivre liquide. En règle générale, le processus de pressage-frittage-infiltration réduit le risque de porosité, ce qui est une préoccupation majeure pour les fabricants d'électrodes et les machinistes EDM car il peut provoquer une bosse dans la cavité EDM.

Cependant, un composite de cuivre-tungstène entièrement dense est presque impossible à fabriquer. En effet, la différence de contraction thermique entre le tungstène solide et le cuivre fondu pendant le refroidissement post-infiltration peut encore provoquer une certaine porosité résiduelle.

Certaines études ont montré que l'utilisation de nanoparticules de tungstène enrobées sur de la poudre de cuivre et une température de frittage plus basse peuvent améliorer la densité du matériau final, réduisant ainsi le risque de pores, de lacs de cuivre et d'agglomérats de tungstène.

De même, il a été constaté que le pressage à chaud, un processus plus simple et plus rentable impliquant simultanément chaleur et pression, améliore la densité.

Réglage de la composition du tungstène cuivre pour les applications EDM

En plus des différentes méthodes de fabrication pour améliorer la densité et la microstructure, la manipulation du rapport de composition du tungstène-cuivre peut produire des propriétés de performance spécialisées pour les applications EDM.

Généralement, plus le pourcentage de tungstène est élevé, plus l'EWR et la stabilité de coupe sont élevés, mais au détriment de vitesses de coupe plus lentes. Inversement, plus il y a de cuivre, meilleurs sont l'état de surface et le MRR, mais avec un EWR réduit.

La composition la plus standard du tungstène de cuivre est de 30 % Cu et 70 % W. Cependant, la composition peut être personnalisée en fonction de l'application, comme 50 % W et 50 % Cu pour les interrupteurs scellés. Pour les électrodes de soudage par points, 89 % W et 11 % Cu sont courants.

Paramètres du processus EDM pour améliorer le MRR

Étant donné que l'EDM est un processus thermique, vous pouvez logiquement en déduire que l'augmentation de la conductivité thermique augmentera le MRR. Cependant, il est difficile de trouver le "sweet spot" où la conductivité est suffisamment élevée pour améliorer les taux de coupe, mais pas assez élevée pour laisser l'éclateur vide de chaleur.

Heureusement, il existe des modèles empiriques pour déterminer les paramètres de processus en relation avec les propriétés des matériaux, aidant à identifier le point idéal des paramètres de processus qui produira efficacement des pièces conformes aux spécifications.

Plus important encore, des études ont montré que la conductivité thermique seule n'influence pas le MRR . Au lieu de cela, l'influence de la conductivité thermique n'est réalisée qu'en conjonction avec le courant de crête.

Cela signifie que la combinaison de la conductivité thermique du tungstène de cuivre et d'une étincelle plus forte et plus percutante permettrait une élimination plus rapide (mais pas jolie) du matériau. Notez, cependant, que le simple fait d'augmenter le courant de crête sans augmenter également la conductivité compromettrait la finition de la surface, en raison de la combustion plus explosive et inégale.

Résistance aux piqûres et à l'arc CC du cuivre tungstène

Un autre problème dans l'EDM est la piqûre, qui se produit lorsque les boues provenant du matériau d'électrode EDM usé et du matériau de pièce retiré ne sont pas correctement filtrées du fluide dialectique.

• Lorsqu'une quantité suffisante de particules s'accumule entre l'électrode et la pièce, elle peut convertir le courant alternatif en courant continu.
• Agissant comme une électrode, les déchets attirent une étincelle, qui forme ensuite un arc à travers le fluide et crée une décharge concentrée, provoquant finalement une piqûre dans le matériau.

Cet arc CC passe souvent inaperçu jusqu'à ce que des piqûres se soient produites. Étant donné que la cause la plus fréquente est de mauvaises conditions de rinçage, les machinistes se tournent vers des systèmes de filtration au micron et des logiciels capables de répondre à la détection du courant continu et d'ajuster les paramètres de coupe en conséquence.

Parfois, cependant, de mauvaises conditions de rinçage peuvent être difficiles à éviter, en particulier pour les brûlures particulièrement difficiles. Dans ces situations, une électrode de tungstène en cuivre peut être extrêmement bénéfique.

L'intégrité structurelle du cuivre pur peut produire des finitions de surface exceptionnelles, même sans circuits de polissage spécialisés. Sa résistance générale aux arcs CC combinée au point de fusion élevé et à la densité du tungstène en font une électrode à haute résistance à l'usure, même dans des situations de rinçage médiocres.

Performances optimales de Copper Tungsten en EDM

Dans l'EDM, l'intégrité structurelle d'un matériau détermine sa capacité à résister aux milliers de minuscules étincelles auxquelles le matériau sera soumis et, en fin de compte, la qualité de la pièce. Par conséquent, un matériau d'électrode avec la bonne combinaison de propriétés peut faire la différence entre un travail bien fait et un travail abandonné.

C'est pourquoi la conductivité électrique élevée du cuivre et sa résistance à l'érosion par arc, associées à l'excellente conductivité thermique et à la résistance à l'usure du tungstène, permettent des performances optimales en tant que matériau d'électrode EDM.

Pour en savoir plus sur le tungstène de cuivre et pourquoi vous pourriez le choisir pour vos applications liées à l'EDM, téléchargez notre rapport sur les matériaux d'électrode de soudage par résistance.