石墨電極加工工藝比較及刀具選擇

摘 要：隨著汽車零部件的競爭日益激烈，汽車內飾注塑模具的加工制造效率的提升就越來越迫切，本文旨在通過實際應用在汽車注塑模具的EDM加工中石墨電極的優化，包括加工編程，刀具的夾持方式和刀具的比較，并給出提升加工效率思路。

關鍵詞：石墨電極加工；刀具選擇；刀路優化

石墨具有較高的高溫強度、低熱膨脹系數、較好的可加工性和良好的熱、電導率，因此石墨電極廣泛應用于冶金、電爐、電火花加工等領域。盡管石墨是一種非常容易切削的材料，但由于用作EDM電極的石墨材料必須具有足夠的強度以免在操作和EDM加工過程中受到破壞，同時電極形狀（薄壁、小圓角、銳變）等也對石墨電極的晶粒尺寸和強度提出較高的要求，這導致在加工過程中石墨工件容易崩碎，刀具容易磨損。因此如何提高加工效率、降低加工刀具成本成為石墨電極加工的一個重要問題。

1 石墨電極加工工藝比較

目前碰到的主要矛盾在于石墨機出產量太少，電火花機無電極可打，經常處于等工狀態。對于汽車塑料模具而言，一般都是加強筋和倒扣以及型腔太深加工中心銑不到的地方才會需要電極，而對于編程來講，不管是單條程序加工還是多條程序加工電極的編程方法是不變的，所以即便是要求自動換刀選用的策略也是不變的。

1.1 以往加工方法

以往的加工方法是單個電極單個裝夾單條程序一條一條做的，因電極的程序時間一般都比較短，所以機加工人員經常是呆在機床的旁邊，等著程序結束后換刀再做另一條程序。編程用的刀具長度每回也都不一樣，造成機加人員每次都需要重新裝夾和對刀，增加了工時的同時錯誤率也加大了。一個操作工只能做一臺機床，費事費力。而且因為機床比較多，我們輸出的NC程序都是以同一個機床型號輸出的，加工人員還要在每條程序的頭和尾改成他們各自機床所能識別的代碼。

1.2 優化加工方法

對于編程來講，現在一般需要預先知道自己做的這個工件所要上哪臺機床上做，（現在有ERP系統查一下就可以了）那么在程序做完后輸出程序的時候就可以直接選擇該機床輸出它能識別的代碼，不需機加人員再編輯程序或讓編程人員重新輸出了。操作工現在只需要調用一條程序就可以了，也不用象以往那樣需要調好幾條程序了，我們在后處理的時候就已經串聯起來了。

1.3 刀具比較

在做自動換刀之前，現場配備的刀具都是各式各樣的，長短參差不齊，操作工在裝刀的時候都是根據程序單上的長度安裝的，用的是彈簧芯的夾頭，碰到面比較陡的時候，刀子勢必就伸的很長，這樣一來也就容易彈刀，而且彈簧芯時間用久了，精度也會差，對于電極這種加工精度要求比較高的零件來講，是不允許的。在這樣的情勢下，因此決定為石墨機專門配新的刀具及夾持。

以往用的比較多的夾持，該夾持操作方便，無需輔助即可安裝使用，但遇到有斜面且型面又比較高時，它所需要伸出的刀具比較長，強度不夠，做出來的精度有所不準。燒刀機裝夾比較麻煩，需要用燒刀機加熱后把它燒進去后才能使用，但它的精度比較高，且碰到陡面時，刀具伸出很短就能滿足所需的長度。

為了最大化的利用燒結刀的優勢，為其配備了標準刀庫在燒刀時刀子伸出的長度是定死的，并且和編程人員刀具庫里的長度是一致的。這樣一來，因精加工的刀子切削的量少所用的刀子也就沒必要經常燒上燒下的，節約了刀具管理員的燒刀時間。對編程來講也不要再一把刀一把刀的設置長度了，預先做個刀庫調入編程軟件里就可以了。而對于長度大于刀庫里的刀具我們則把它們放在后面的刀號里，以備臨時選用。

2 數據分析整理

2.1 刀具壽命的比較

在刀具大小及長度都確定下來以后，就要去測試刀具的性能，便于選擇合適的刀具用于石墨加工。因為我們目前正在使用的是millstar和藍幟這兩家單位的刀具，所以就用這兩家廠家的刀具進行刀具耐用性能的比較。轉速和進給都按照其樣本上的100%給予。各做4塊4個大電極的板，結果如下表2.1所示。

表2.1 刀具壽命比較

[刀具直徑＼&Millstar F＼S＼&藍幟F＼S＼&壽命＼&20r1

16r1

10r1

8r4

8r1

6r3

6r.5

4r2

2r1＼&2500＼4000

3500＼6000

2000＼8000

3000＼8000

2000＼8000

3000＼10000

1200＼8000

800＼12000

500＼15000＼&2800＼4000

3500＼6000

2000＼8000

3000＼8000

2000＼8000

3000＼10000

1500＼8000

750＼12000

500＼15000＼&6H＼5H

5H＼4H35M

3H＼3H24M

5H＼4H40M

3H20M＼3H10M

5H＼5H30M

2H45M＼3H

2H＼2H20M

1H30M＼1H25M＼&]

對于上表中 16R0的刀，現在主要用于做電極的基準。以往我們是用16R1的刀每層切0.4mm而對于10mm厚的基準來講，我們總共要切250層才能把基準做完，浪費時間，現在由于16R0的刀刃長比較長，我們只要做一刀就可以直接把基準銑出來了，省了大量的時間。

2.2 價格比較

通過對上面兩家廠家刀具的性能、壽命比較看，各有長處，但是總體來講millstar的要稍好一點且藍幟的刀片比較貴，一般2刃刀每片刀片需60元左右，而millstar的只有35元左右，且開粗的刀具都是鑲片刀，藍幟的刀片與刀頭之間沒有壓板固定，它僅依靠刀片上的一個螺絲固定，穩定性很差，有刀片爆掉的可能存在。所以結合上述幾點，最終選擇的是millstar的刀具。

3 結論

編程上，使用多個電極組合編程及自動換刀的方式，使操作工只需要調用一次程序即可完成幾個電極的加工。在刀具的選擇上燒結刀具剛性和穩定性比卡簧的固定方式好，故選擇燒結夾頭固定刀具。在刀具壽命的測試中，Millstar的刀片在石墨加工上成本更低，故選擇Millstar的刀片。

作者簡介：

李磊，上海交通大學工程碩士在讀，延鋒偉世通汽車模具有限公司，模具設計工程師，主要負責汽車內飾件注塑模具模具設計工作。