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模具放電加工,銅電極與石墨電極哪種更好?

發布時間:2017-06-19 11:16:22  作者:澳凱模具 

 銅作為電極材料在精密模具加工工廠的電火花加工中被廣泛使用。很多人認為只有在制作大型電極且模具加工要求不高或粗加工時,石墨材料才會成為備選考慮。

當今,在制造技術領先的歐洲,模具企業超過90%的電極材料采用石墨。但在中國,當前大多數模具企業還是選用銅作為主要的電極材料。根據石墨材料的特性,以下全面分析其電火花加工的優勢與不足。
 
1.石墨材料的電火花加工特性
 
(1)放電加工速度
 
石墨是一種非金屬材料,熔點極高,能承受更大的電流設定條件。當放電面積與電極尺寸縮放量越大時,石墨材料高效率粗加工的優越性越顯著。石墨的導熱系數是銅的1/3,其放電過程中產生的熱能可更有效地用于去除金屬材料,因此在中、精加工中,其加工效率也比銅電極要高。根據加工經驗,在正確的使用條件下,石墨電極的放電加工速度要比銅電極整體快1.5~2倍。
 
 
(2)電極損耗
 
石墨電極具有能承受大電流條件的特性,另外,在合適的粗加工設定條件下,含碳元素的鋼工件在加工時產生的蝕除物和工作液在高溫下產生的分解物中的碳顆粒,在極性效應的作用下,部分蝕除物、碳顆粒會粘附在電極表面形成一層保護層,保證了石墨電極在粗加工中的損耗極小,甚至是“零損耗”。電火花加工中主要的電極損耗量來自于粗加工,精加工設定條件雖然損耗率較高,但因零件預留加工余量不多即加工蝕除量較少,其總體損耗量也較少。總體而言,石墨電極在大電流的粗加工中損耗會少于銅電極,在精加工中損耗可能會稍大于銅電極,二者的電極損耗情況相當。
 
(3)表面質量
 
石墨材料的顆粒直徑直接影響電火花加工的表面粗糙度,直徑越小可獲得更低的表面粗糙度值。幾年前使用顆粒直徑φ5 μm的石墨材料,電火花加工的最佳表面只能達到VDI18(Ra0.8 μm),現今石墨材料的顆粒直徑已能達到φ3 μm以內,電火花加工的最佳表面可穩定達到VDI12(Ra0.4 μm)或者更精細的等級。
 
銅材料的電阻率較低,組織結構致密,電火花精加工易獲得穩定的加工狀態,在較困難的條件下也能穩定加工,表面粗糙度可小于Ra0.1 μm,能進行鏡面電火花加工。由此可見,如果放電加工追求極其精細的表面,使用銅材料做電極更加合適,這是銅電極較石墨電極的主要優勢。但銅電極在大電流設定條件下,電極表面容易變得粗糙不堪,甚至出現裂紋,而石墨材料則沒有這方面的問題,對于表面粗糙度要求為VDI26(Ra2.0 μm)左右的型腔加工,使用1個石墨電極即可完成從粗到精的加工過程,實現均勻一致的紋面效果,表面不會有缺陷。另外,由于石墨與銅材組織結構的不同,石墨電極表面放電的腐蝕點比銅電極要規則,因此在加工VDI20及以上相同表面粗糙度時,精密模具加工使用石墨電極加工的工件表面顆粒度更加分明,這種紋面效果要優于銅電極的放電表面效果。
 
(4)加工精度
 
石墨材料的熱膨脹系數小,銅材料的熱膨脹系數是石墨材料的4倍,因此在放電加工中石墨電極相比銅電極不易發生變形,可獲得更穩定可靠的加工精度。尤其是在加工深窄筋位部分時,局部高溫容易使銅電極發生彎曲變形,而石墨電極不會這樣;對于深徑比大的銅電極,在加工設定時還需要補償一定的熱膨脹值來修正尺寸,而石墨電極不需要。
 
 
(5)電極重量
 
石墨材料較銅的密度要小,相同體積的石墨電極重量僅為銅電極的1/5。可見體積較大的電極使用石墨材料非常合適,極大地減輕了電火花加工機床主軸的載荷,電極不會因為重量大而導致裝夾不便、加工中產生偏擺位移等問題,可見在大型模具加工中使用石墨電極很有意義。
 
(6)電極制作難度
 
石墨材料的機械加工性能好,切削阻力僅為銅的1/4,精密模具加工在正確的加工條件下,銑削加工石墨電極的效率是銅電極的2~3倍。石墨電極容易清角,可以將平時要由多個電極完成的工件設計成一個整體電極來加工。石墨材料獨特的顆粒組織結構,使得電極銑削成型后不會產生毛刺,對于復雜造型不便于去除毛刺的情況直接滿足使用要求,省去了人工對電極進行拋光的工序,避免了拋光導致的形狀改變、尺寸誤差等。需要注意的是,由于石墨是粉塵堆積物,銑削石墨時會產生大量的粉塵,因此銑削機床必須要有密封與吸塵裝置。如果需要使用電火花線切割加工石墨電極,其加工性能就不如銅材料了,切割速度相比銅慢約40%。
 
 
(7)電極安裝與使用
 
石墨材料的可粘結性好,可以使用導電膠將石墨與夾具粘結的方法銑削電極、放電加工,可省去在電極材料上加工螺絲孔的工序,節省了工作時間。石墨材料比較脆,特別是細小窄長電極,在使用中受到外力作用時容易折斷,但可以馬上知曉電極發生了損傷。如果是銅電極則只會彎曲不會折斷,這種狀況在使用過程中非常危險且難以發現,很容易導致工件報廢。
 
(8)價格
 
銅材料是不可再生資源,價格趨勢會越來越貴,而石墨材料的價格趨于穩定。近幾年銅材料價格不斷上漲,而各大石墨制造商不斷改進制作石墨的工藝使其更具性價比優勢。
 
目前全球知名的石墨供應商中不同供應商有多種不同牌號的石墨可供選擇。通常根據石墨材料的平均顆
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