铜作为电极材料在模具工厂的电火花加工中被广泛使用。很多人认为只有在制作大型电极且模具加工要求不高或粗加工时,石墨材料才会成为备选考虑。 当今,在制造技术领先的欧洲,模具企业超过90%的电极材料采用石墨。但在中国,当前大多数模具企业还是选用铜作为主要的电极材料。根据石墨材料的特性,以下分析其电火花加工的优势与不足。 1.石墨材料的电火花加工特性 (1)放电加工速度 石墨是一种非金属材料,熔点极高,能承受更大的电流设定条件。当放电面积与电极尺寸缩放量越大时,石墨材料高效率粗加工的优越性越显著。石墨的导热系数是铜的1/3,其放电过程中产生的热能可更有效地用于去除金属材料,因此在中、精加工中,其加工效率也比铜电极要高。一般来说,在正确的使用条件下,石墨电极的放电加工速度要比铜电极整体快1.5~2倍。
石墨材料的热膨胀系数小,铜材料的热膨胀系数是石墨材料的4倍,因此在放电加工中石墨电极相比铜电极不易发生变形,可获得更稳定可靠的加工精度。尤其是在加工深窄筋位部分时,局部高温容易使铜电极发生弯曲变形,而石墨电极不会这样;对于深径比大的铜电极,在加工设定时还需要补偿一定的热膨胀值来修正尺寸,而石墨电极不需要。 (5)电极重量 石墨材料较铜的密度要小,相同体积的石墨电极重量仅为铜电极的1/5。可见体积较大的电极使用石墨材料非常合适,极大地减轻了电火花加工机床主轴的载荷,电极不会因为重量大而导致装夹不便、加工中产生偏摆位移等问题,可见在大型模具加工中使用石墨电极很有意义。
目前全球知名的石墨供应商中不同供应商有多种不同牌号的石墨可供选择。通常根据石墨材料的平均颗粒直径来分类,颗粒直径≤φ4 μm的定义为细石墨,颗粒在φ5~φ10 μm定义为中石墨,颗粒在10 μm以上定义为粗石墨。颗粒直径越小材料的价格越贵,可以根据电火花加工要求与成本选择合适的石墨材料。 综上所述,在石墨电极的8项电火花加工特性中,其优势明显: 铣削电极效率均显著优于铜电极;放电加工效率优于铜电极;大电极重量轻,非常适合;尺寸稳定性良好,薄片电极不容易发生变形;铣削电极没有毛刺,自动化首选