石墨电极在模具电火花加工中的应用下

石墨电极在模具电火花加工中的应用下

3。电火花加工用石墨电极材料的选择

对于石墨材料，以下四个指标直接决定了材料的性能：

1） 材料平均粒径

材料的平均粒径直接影响材料的放电条件。石墨材料的平均粒径越小，放电越均匀，放电条件越稳定，表面质量越好，损耗越小；平均粒径越大，粗加工的去除率越高，但精加工表面效果差，电极损耗大。

2） 材料弯曲强度

材料的弯曲强度是材料强度的直接体现，它体现了材料内部结构的紧密性。对于高精度的电极，应尽量选用高强度的材料。

3） 材料肖氏硬度

石墨硬度高于金属材料，刀具损耗高于金属切削。同时，石墨材料的硬度在放电损耗控制方面也较好。

4） 材料固有电阻率

高本征电阻率石墨材料的放电速率比低电阻率石墨材料慢。本征电阻率越高，电极损耗越小。但当本征电阻率较高时，会影响放电的稳定性。

目前，世界著名石墨供应商中，不同供应商的石墨有很多不同品牌。一般按石墨材料的平均粒径分类。粒径≤φ4μm为细石墨，φ5～φ10μm为中石墨，10μm以上为粗石墨。粒径越小，材料越贵。根据电火花加工的要求和成本，可以选择合适的石墨材料。

4。石墨电极的生产

模具制造中的石墨电极主要是通过铣削加工而成。从加工工艺上看，石墨和铜是两种不同的材料，应掌握它们不同的切削特性。如果采用铜电极加工工艺来加工石墨电极，必然会出现问题。例如，板材经常断裂，这就需要使用合适的刀具和切削参数。

加工石墨电极的工具比加工铜电极的工具磨损大。从经济角度考虑，选择硬质合金刀具是最经济的。选择金刚石涂层刀具（称为石墨刀具）是昂贵的。但金刚石涂层刀具使用寿命长，加工精度高，综合经济效益好。刀具的前角也影响其使用寿命。前角为0°的刀具比前角为15°的刀具使用寿命高50%，切削稳定性更好。但是，角度越大，加工表面越好。15°角刀具可获得最佳加工表面。加工过程中的切削速度可根据电极形状调整，一般为10米/分钟，与铝或塑料的切削速度相似。粗加工时，刀具可直接上下工件。在精加工过程中，容易出现棱角塌陷、破碎的现象，常采用轻切削、快速移动的方式。

石墨电极在切割过程中会产生大量的粉尘。为了防止石墨颗粒吸入机床主轴和丝杠，目前主要有两种解决方案。一是使用专用石墨加工机，二是改造通用加工中心，配置专用除尘装置。市面上的专用高速石墨铣床，铣削效率高，能方便地完成复杂电极的制造，电极精度高，表面质量好。

如需采用电火花线切割加工石墨电极，建议采用粒径较小的细石墨材料。石墨材料的线切割加工性能较差。粒径越小，切割效率越高，可避免频繁断丝、表面条纹等异常问题。

5。石墨电极的电火花加工参数

石墨和铜的电火花加工参数差别很大。电火花加工参数主要包括电流、脉冲宽度、脉冲间隙和极性。下面介绍了合理使用这些主要参数的依据。

石墨电极的电流密度一般为10-12a/cm~2，远大于铜电极。因此，电流选择越大，石墨放电处理速度越快，电极损耗越小，但表面粗糙度越大。

脉冲宽度越大，电极损耗越小。但脉冲宽度越大，加工稳定性越差，同时加工速度越慢，表面越粗糙。为了保证粗加工时电极的低损耗，通常采用较大的脉冲宽度。当该值为100-300us时，可以有效地实现石墨电极的低损耗加工。为了获得优良的表面和稳定的放电效果，在精加工中应采用较小的脉冲宽度。一般来说，石墨电极的脉冲宽度比铜电极小40%

脉冲间隙主要影响电火花加工速度和加工稳定性。数值越大，加工稳定性越好。这有助于获得更好的表面均匀性，但会降低加工速度。在稳定加工条件下，选择较小的脉冲间隙可以获得较高的加工效率，但在放电状态不稳定时，选择较大的脉冲间隙可以获得较高的加工效率。在石墨电极电火花加工中，脉冲间隙和脉冲宽度通常设定为1:1，而在铜电极电火花加工中，脉冲间隙和脉冲宽度通常设定为1:3。当石墨工艺稳定时，脉冲间隙与脉冲宽度的匹配比可调整为2:3。当脉冲间隙较小时，有利于在电极表面形成覆盖层，有利于降低电极损耗。

电火花加工中石墨电极的极性与铜电极的极性基本相同。根据电火花加工的极性效应，模具钢加工时通常采用正加工，即电极与电源正极相连，工件与电源负极相连。采用大电流和大脉冲宽度，选择正极可使电极损耗很低。如果极性选择错误，电极损耗将变得非常大。只有当表面要求小于vdi18（Ra0.8μm）且脉冲宽度很小时，才可以选择负极以获得较好的表面质量，但电极损耗较大。

现在数控电火花机床都配备了石墨电火花加工参数。电气参数的使用是智能的，可以由机床专家系统自动生成。一般来说，在编程时，机床可以通过选择材料对、应用类型、表面粗糙度值、输入加工区域、加工深度、电极尺寸缩放量等来配置优化的加工参数石墨电极。在材料类型中，粗石墨、中石墨和细石墨可供选择，以对应各种工件材料。应用类型分为标准型、深槽型、尖点型、大面积型、大腔体型、微型等。它还提供了多种处理优先级选项，如低损耗、标准和高效。

6。石墨电极加工应用实例

如下图所示，手机模具零件材料采用S136钢，加工形状包括形状复杂的加强筋。采用石墨电极，ttk-4石墨作电极精加工。电极的数目是2个。粗电极的尺寸比例尺一侧为0.08mm，精电极的尺寸比例尺一侧为0.08mm。粗加工时间3h，精加工时间53min，表面粗糙度vdi18（RA 0.8μm）。加工说明：利用石墨的特性，将不同形状、不同层次的薄加强筋组合在一个电极上进行放电加工，可以降低电极原材料和夹具的投入成本，减少电极夹紧和定位工作量，放电时间比铜电极短40%。

7。结语

新型石墨电极材料值得推广，其优越性将逐渐被国内模具制造业所认可和接受。正确选择石墨电极材料，完善相关工艺环节，将给模具制造企业带来高效率、高质量、低成本的效益。