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石墨电极在模具电火花加工中的应用上

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石墨电极在模具电火花加工中的应用

20世纪,铜在电火花加工中被广泛用作电极材料。当时,只有当制作大型电极和模具的加工要求不高或粗加工时,石墨材料才会成为另一种考虑因素。一些接触过石墨电极的早期技术人员有一个共同的印象:石墨材料脏,容易掉渣,表面效果不好,加工效率不高等。

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随着高新技术的发展,石墨材料的制造工艺不断改进,能够满足不同电火花加工要求的石墨材料层出不穷。在市场上,石墨高速铣削机床应运而生,数控电火花机床的石墨放电性能得到了全面提高。如今,在制造技术领先的欧洲,模具企业90%以上的电极材料使用石墨。石墨在航空航天、汽车、家电、电子等模具中广泛用作电极材料。这种显著的变化是由于石墨电极具有加工效率高、质量好等优点。

但在我国,大多数模具企业仍然选择铜作为主要电极材料。下面根据石墨材料的特点,综合分析了电火花加工的优缺点,介绍了如何正确选择石墨材料、电极制造和电火花加工点,并提供了实际应用案例。

2。石墨材料的电火花加工特性

2.1电火花加工速度

石墨是一种非金属材料,熔点很高,最高可达3650℃,而铜的熔点为1083℃,因此石墨电极可以承受更多的电流设定条件。放电面积和电极尺寸越大,石墨材料高效粗加工的优势越明显。石墨的导热系数是铜的1/3,放电过程产生的热能可以更有效地去除金属材料。因此,石墨的加工效率高于铜电极。根据加工经验,在合适的条件下,石墨电极的放电加工速度比铜电极快1.5~2倍。

2.2电极损耗

石墨电极具有耐大电流的特性。此外,在适当的粗加工设定条件下,加工过程中含碳钢工件中的碳颗粒和工作液中高温分解产物。在极性的作用下,一些腐蚀产物和碳颗粒会附着在电极表面形成保护层,保证了石墨电极在粗加工过程中的损耗很小,甚至“零损耗”。电火花加工的主要电极损耗来源于粗加工。虽然精加工的设定条件有很高的损耗率,但由于加工余量不多,即加工冲蚀少,所以零件的总损耗也很小。一般来说,大电流粗加工时石墨电极的损耗小于铜电极,精加工时石墨电极的损耗可能略大于铜电极。两种电极的电极损耗相似。

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2.3表面质量

石墨的粒径直接影响电火花加工的表面粗糙度。直径越小,表面粗糙度越低。几年前,当采用直径为5μm的石墨材料时,电火花加工的最佳表面只能达到vdi18(Ra0.8μm)。目前,石墨材料的粒径可以达到φ3μm以内,电火花加工的最佳表面可以达到vdi12(Ra0.4μm)或更精细的水平,但石墨电极不能用镜面电火花加工。铜材料电阻率低,结构紧凑,在电火花加工中容易获得稳定的加工状态。在更困难的条件下也能稳定地加工。表面粗糙度小于ra0.1μm,可用于镜面电火花加工。

可见,如果电火花加工追求极细的表面,则更适合用铜材料作为电极,这是铜电极优于石墨电极的主要优点。然而,在大电流凝固条件下,铜电极表面容易产生粗糙甚至裂纹,而石墨材料则不存在这一问题。对于表面粗糙度为vdi26(ra2.0μm)的腔体加工,用一个石墨电极可以完成从粗到细的加工过程,获得均匀均匀的表面效果,且表面不会出现缺陷。此外,由于石墨和铜的结构不同,石墨电极表面放电的腐蚀点比铜电极更为规则。因此,当加工相同表面粗糙度的vdi20及以上时,石墨电极加工的工件表面颗粒尺寸更明显,颗粒表面的效果优于铜电极。

2.4加工精度

石墨材料的热膨胀系数较小,铜材料的热膨胀系数是石墨材料的4倍。因此,与铜电极相比,石墨电极在电火花加工中不易变形,可以获得更稳定可靠的加工精度。特别是在深窄肋的加工中,局部高温容易使铜电极弯曲,而石墨电极不会弯曲;对于深径比较大的铜电极,需要补偿一定的热膨胀值来修正尺寸,而石墨电极则不需要。

2.5电极重量

石墨材料的密度小于铜,等体积石墨电极的重量仅为铜电极的1/5。由此可见,大体积电极非常适合使用石墨材料,大大降低了电火花加工机床主轴的负载。电极重量大,夹紧不方便,加工过程中会产生偏转和位移。由此可见,石墨电极在大型模具加工中的应用具有十分重要的意义。

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2.6电极制造难度

石墨材料的加工性能良好,切削阻力仅为铜的1/4。在合适的加工条件下,石墨电极的铣削效率是铜电极的2-3倍。石墨电极易于清洁角度,需要多个电极加工的工件可以设计成整体电极进行加工。由于石墨材料独特的颗粒结构,电极经研磨成形后不会产生毛刺。形状复杂不易去除毛刺,直接满足使用要求。消除了电极的手工抛光过程,避免了因抛光而引起的形状变化和尺寸误差。

需要注意的是,由于石墨是一种粉尘堆积物,研磨石墨时会产生大量的粉尘,因此铣床必须有密封和吸尘装置。如果需要用电火花线切割加工石墨电极,其加工性能不如铜材料,切割速度比铜慢40%左右。

2.7电极安装和使用

石墨材料具有良好的粘附性。利用导电胶将石墨与夹具结合,可以对电极进行铣削加工和电火花加工。在电极材料上加工螺孔,既节省了加工工序,又节省了加工时间。石墨材料易碎,特别是小、窄、长的电极,在使用过程中容易在外力作用下断裂,但可以立即知道电极已经损坏。如果是铜电极,只会弯曲不折断,在使用过程中很危险,很难找到,而且容易导致工件报废。

2.8价格

铜材料是不可再生资源,价格走势将越来越贵,而石墨材料价格趋于稳定。近年来,铜材料价格不断上涨,各大石墨生产厂家不断改进石墨制备工艺,使其更具成本效益。如今,在同一体积下,通用石墨电极材料的价格相当于铜电极材料的价格,但石墨的高效加工比使用铜电极可节省大量的工时,相当于直接降低本的生产成本。

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综上所述,石墨电极电火花加工的八个特点中,其优点是明显的:铣削电极和电火花加工效率明显优于铜电极,电极重量大、体积稳定性好,薄电极不易变形,表面织构优于铜。石墨材料的缺点是不适用于vdi12以下(Ra0.4μm)的微细电火花加工,线切割效率低。但从实际出发,影响我国石墨材料有效推广的一个重要原因是需要一种专用的石墨电极加工机,这对模具企业的加工设备提出了新的要求,一些小企业可能不具备这种条件。一般来说,石墨电极特性的优点覆盖了电火花加工的绝大多数场合,值得推广应用,具有相当长远的效益。利用铜电极可以弥补微细表面加工的不足。


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