電火花加工用石墨電極材料的選擇
作者：admin 發(fā)布日期：2018/1/13 關(guān)注次數(shù)：
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對于石墨材料，主要有以下4個指標(biāo)直接決定著材料的使用性能：
（1）材料的平均顆粒直徑
材料的平均顆粒直徑直接影響到材料放電的狀況。石墨材料的平均顆粒越小，材料的放電越均勻，則放電狀況越穩(wěn)定，表面質(zhì)量越好，損耗情況越??；平均顆粒越大，在粗加工中能獲得更好的去除率，但精加工表面效果較差，電極損耗較大。
（2）材料的抗折強(qiáng)度
材料的抗折強(qiáng)度是材料強(qiáng)度的直接體現(xiàn)，顯示材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊密程度。強(qiáng)度高的材料，其放電的耐損耗性能相對較好，對于精度要求高的電極，盡可能選擇強(qiáng)度較好的材料。
（3）材料的肖氏硬度
石墨的硬度比金屬材料要高，在切削時刀具的損耗比切削金屬要大些。與此同時，硬度高的石墨材料在放電損耗方面的控制比較優(yōu)秀。
（4）材料的固有電阻率
固有電阻率較大的石墨材料，放電速度會比電阻率小的慢。固有電阻率越高，電極損耗就越小，但固有電阻率偏高時，放電的穩(wěn)定性會受到影響。
目前全球知名的石墨供應(yīng)商中不同供應(yīng)商有多種不同牌號的石墨可供選擇。通常根據(jù)石墨材料的平均顆粒直徑來分類，顆粒直徑≤φ4 μm的定義為細(xì)石墨，顆粒在φ5~φ10 μm定義為中石墨，顆粒在10 μm以上定義為粗石墨。顆粒直徑越小材料的價格越貴，可以根據(jù)電火花加工要求與成本選擇合適的石墨材料。
3. 石墨電極的制作
模具制造中的石墨電極主要用銑削加工的方法制作完成。從加工工藝的角度看，石墨與銅是2種不同的材料，應(yīng)該掌握它們不同的切削特性。如果使用加工銅電極的工藝來加工石墨電極，必然會出現(xiàn)問題，如薄片經(jīng)常發(fā)生斷裂，這就要求采用合適的切削刀具與切削參數(shù)。加工石墨電極比銅電極的刀具磨損要大，就經(jīng)濟(jì)性考慮，選用硬質(zhì)合金刀具是最經(jīng)濟(jì)的，選擇金剛石涂層刀具（稱石墨刀）價格較昂貴，但金剛石涂層刀具使用壽命長，加工精度高，整體經(jīng)濟(jì)效益不錯。刀具的前角大小也影響其使用壽命，前角0°的刀具會比前角15°的刀具高出多達(dá)50%的使用壽命，切削的穩(wěn)定性也較好，但是斜角越大，加工表面越好，使用15°斜角的刀具能達(dá)到最佳的加工表面。加工時的走刀速度可按電極的形狀來調(diào)整，通常為10 m／min，與加工鋁或塑料類似，粗加工時刀具可直接在工件上下刀，精加工易發(fā)生崩角、碎裂的現(xiàn)象，常采用輕刀快走的方式。
石墨電極在切削加工中會產(chǎn)生大量的粉塵，為避免石墨顆粒吸入機(jī)床主軸和絲杠，目前解決方案主要有2種，一種是使用專門的石墨加工機(jī)，另一種是將普通的加工中心改裝，配置專門的吸塵裝置。市場上專門的石墨高速銑削機(jī)床銑削效率高，可輕松完成復(fù)雜電極的制造，電極精度高，表面質(zhì)量佳。
如果需要使用電火花線切割來制作石墨電極，推薦使用顆粒直徑更小的細(xì)石墨材料。石墨材料的電火花線切割加工性能較差，其顆粒直徑越小時可獲得相對較高的切割效率，避免出現(xiàn)頻繁斷絲、表面條紋等異常問題。
4. 石墨電極的電火花加工參數(shù)
石墨與銅材料的電火花加工參數(shù)選用有較大差異。電火花加工參數(shù)主要包括電流、脈沖寬度、脈沖間隙、極性。以下介紹合理使用這些主要參數(shù)的依據(jù)。
石墨電極的電流密度一般為10~12 A/cm2，比銅電極要大得多，因此在對應(yīng)面積允許的電流大小范圍內(nèi)，電流選用越大，則石墨放電加工速度越快，電極損耗越小，但表面粗糙度會變粗。
脈沖寬度選用越大，電極損耗會降低。但較大的脈沖寬度會使加工穩(wěn)定性變差，同時使加工速度變慢，表面變粗糙。粗加工時為保證電極低損耗，通常使用較大的脈沖寬度，其取值在100～300 us時可有效實現(xiàn)石墨電極的低損耗加工。精加工時，為獲得精細(xì)表面與穩(wěn)定的放電效果，宜選用較小的脈沖寬度。一般石墨電極比銅電極加工時選取的脈沖寬度要減少約40%。
脈沖間隙主要影響放電加工速度和加工穩(wěn)定性，其值越大加工穩(wěn)定性越好，對獲得較好的表面均勻性有幫助，但加工速度會降低。在保證加工穩(wěn)定的情況下，選用較小的脈沖間隙可獲得較高的加工效率，但放電狀態(tài)不穩(wěn)定時，脈沖間隙選取較大些可獲得更高的加工效率。石墨電極放電加工中通常將脈沖間隙與脈寬寬度按1:1來設(shè)定，而通常銅電極加工中脈沖間隙與脈寬寬度按1:3來設(shè)定。在石墨加工穩(wěn)定的情況下，可以將脈沖間隙與脈寬寬度的搭配比例調(diào)整到2:3。脈沖間隙較小的情況下，有利于在電極表面形成覆蓋層，對降低電極損耗有一定的幫助。
（1）材料的平均顆粒直徑
材料的平均顆粒直徑直接影響到材料放電的狀況。石墨材料的平均顆粒越小，材料的放電越均勻，則放電狀況越穩(wěn)定，表面質(zhì)量越好，損耗情況越??；平均顆粒越大，在粗加工中能獲得更好的去除率，但精加工表面效果較差，電極損耗較大。
（2）材料的抗折強(qiáng)度
材料的抗折強(qiáng)度是材料強(qiáng)度的直接體現(xiàn)，顯示材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊密程度。強(qiáng)度高的材料，其放電的耐損耗性能相對較好，對于精度要求高的電極，盡可能選擇強(qiáng)度較好的材料。
（3）材料的肖氏硬度
石墨的硬度比金屬材料要高，在切削時刀具的損耗比切削金屬要大些。與此同時，硬度高的石墨材料在放電損耗方面的控制比較優(yōu)秀。
（4）材料的固有電阻率
固有電阻率較大的石墨材料，放電速度會比電阻率小的慢。固有電阻率越高，電極損耗就越小，但固有電阻率偏高時，放電的穩(wěn)定性會受到影響。
目前全球知名的石墨供應(yīng)商中不同供應(yīng)商有多種不同牌號的石墨可供選擇。通常根據(jù)石墨材料的平均顆粒直徑來分類，顆粒直徑≤φ4 μm的定義為細(xì)石墨，顆粒在φ5~φ10 μm定義為中石墨，顆粒在10 μm以上定義為粗石墨。顆粒直徑越小材料的價格越貴，可以根據(jù)電火花加工要求與成本選擇合適的石墨材料。
3. 石墨電極的制作
模具制造中的石墨電極主要用銑削加工的方法制作完成。從加工工藝的角度看，石墨與銅是2種不同的材料，應(yīng)該掌握它們不同的切削特性。如果使用加工銅電極的工藝來加工石墨電極，必然會出現(xiàn)問題，如薄片經(jīng)常發(fā)生斷裂，這就要求采用合適的切削刀具與切削參數(shù)。加工石墨電極比銅電極的刀具磨損要大，就經(jīng)濟(jì)性考慮，選用硬質(zhì)合金刀具是最經(jīng)濟(jì)的，選擇金剛石涂層刀具（稱石墨刀）價格較昂貴，但金剛石涂層刀具使用壽命長，加工精度高，整體經(jīng)濟(jì)效益不錯。刀具的前角大小也影響其使用壽命，前角0°的刀具會比前角15°的刀具高出多達(dá)50%的使用壽命，切削的穩(wěn)定性也較好，但是斜角越大，加工表面越好，使用15°斜角的刀具能達(dá)到最佳的加工表面。加工時的走刀速度可按電極的形狀來調(diào)整，通常為10 m／min，與加工鋁或塑料類似，粗加工時刀具可直接在工件上下刀，精加工易發(fā)生崩角、碎裂的現(xiàn)象，常采用輕刀快走的方式。
石墨電極在切削加工中會產(chǎn)生大量的粉塵，為避免石墨顆粒吸入機(jī)床主軸和絲杠，目前解決方案主要有2種，一種是使用專門的石墨加工機(jī)，另一種是將普通的加工中心改裝，配置專門的吸塵裝置。市場上專門的石墨高速銑削機(jī)床銑削效率高，可輕松完成復(fù)雜電極的制造，電極精度高，表面質(zhì)量佳。
如果需要使用電火花線切割來制作石墨電極，推薦使用顆粒直徑更小的細(xì)石墨材料。石墨材料的電火花線切割加工性能較差，其顆粒直徑越小時可獲得相對較高的切割效率，避免出現(xiàn)頻繁斷絲、表面條紋等異常問題。
4. 石墨電極的電火花加工參數(shù)
石墨與銅材料的電火花加工參數(shù)選用有較大差異。電火花加工參數(shù)主要包括電流、脈沖寬度、脈沖間隙、極性。以下介紹合理使用這些主要參數(shù)的依據(jù)。
石墨電極的電流密度一般為10~12 A/cm2，比銅電極要大得多，因此在對應(yīng)面積允許的電流大小范圍內(nèi)，電流選用越大，則石墨放電加工速度越快，電極損耗越小，但表面粗糙度會變粗。
脈沖寬度選用越大，電極損耗會降低。但較大的脈沖寬度會使加工穩(wěn)定性變差，同時使加工速度變慢，表面變粗糙。粗加工時為保證電極低損耗，通常使用較大的脈沖寬度，其取值在100～300 us時可有效實現(xiàn)石墨電極的低損耗加工。精加工時，為獲得精細(xì)表面與穩(wěn)定的放電效果，宜選用較小的脈沖寬度。一般石墨電極比銅電極加工時選取的脈沖寬度要減少約40%。
脈沖間隙主要影響放電加工速度和加工穩(wěn)定性，其值越大加工穩(wěn)定性越好，對獲得較好的表面均勻性有幫助，但加工速度會降低。在保證加工穩(wěn)定的情況下，選用較小的脈沖間隙可獲得較高的加工效率，但放電狀態(tài)不穩(wěn)定時，脈沖間隙選取較大些可獲得更高的加工效率。石墨電極放電加工中通常將脈沖間隙與脈寬寬度按1:1來設(shè)定，而通常銅電極加工中脈沖間隙與脈寬寬度按1:3來設(shè)定。在石墨加工穩(wěn)定的情況下，可以將脈沖間隙與脈寬寬度的搭配比例調(diào)整到2:3。脈沖間隙較小的情況下，有利于在電極表面形成覆蓋層，對降低電極損耗有一定的幫助。
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