石墨电极加工工艺比较及刀具选择

摘 要：随着汽车零部件的竞争日益激烈，汽车内饰注塑模具的加工制造效率的提升就越来越迫切，本文旨在通过实际应用在汽车注塑模具的EDM加工中石墨电极的优化，包括加工编程，刀具的夹持方式和刀具的比较，并给出提升加工效率思路。

关键词：石墨电极加工；刀具选择；刀路优化

石墨具有较高的高温强度、低热膨胀系数、较好的可加工性和良好的热、电导率，因此石墨电极广泛应用于冶金、电炉、电火花加工等领域。尽管石墨是一种非常容易切削的材料，但由于用作EDM电极的石墨材料必须具有足够的强度以免在操作和EDM加工过程中受到破坏，同时电极形状（薄壁、小圆角、锐变）等也对石墨电极的晶粒尺寸和强度提出较高的要求，这导致在加工过程中石墨工件容易崩碎，刀具容易磨损。因此如何提高加工效率、降低加工刀具成本成为石墨电极加工的一个重要问题。

1 石墨电极加工工艺比较

目前碰到的主要矛盾在于石墨机出产量太少，电火花机无电极可打，经常处于等工状态。对于汽车塑料模具而言，一般都是加强筋和倒扣以及型腔太深加工中心铣不到的地方才会需要电极，而对于编程来讲，不管是单条程序加工还是多条程序加工电极的编程方法是不变的，所以即便是要求自动换刀选用的策略也是不变的。

1.1 以往加工方法

以往的加工方法是单个电极单个装夹单条程序一条一条做的，因电极的程序时间一般都比较短，所以机加工人员经常是呆在机床的旁边，等着程序结束后换刀再做另一条程序。编程用的刀具长度每回也都不一样，造成机加人员每次都需要重新装夹和对刀，增加了工时的同时错误率也加大了。一个操作工只能做一台机床，费事费力。而且因为机床比较多，我们输出的NC程序都是以同一个机床型号输出的，加工人员还要在每条程序的头和尾改成他们各自机床所能识别的代码。

1.2 优化加工方法

对于编程来讲，现在一般需要预先知道自己做的这个工件所要上哪台机床上做，（现在有ERP系统查一下就可以了）那么在程序做完后输出程序的时候就可以直接选择该机床输出它能识别的代码，不需机加人员再编辑程序或让编程人员重新输出了。操作工现在只需要调用一条程序就可以了，也不用象以往那样需要调好几条程序了，我们在后处理的时候就已经串联起来了。

1.3 刀具比较

在做自动换刀之前，现场配备的刀具都是各式各样的，长短参差不齐，操作工在装刀的时候都是根据程序单上的长度安装的，用的是弹簧芯的夹头，碰到面比较陡的时候，刀子势必就伸的很长，这样一来也就容易弹刀，而且弹簧芯时间用久了，精度也会差，对于电极这种加工精度要求比较高的零件来讲，是不允许的。在这样的情势下，因此决定为石墨机专门配新的刀具及夹持。

以往用的比较多的夹持，该夹持操作方便，无需辅助即可安装使用，但遇到有斜面且型面又比较高时，它所需要伸出的刀具比较长，强度不够，做出来的精度有所不准。烧刀机装夹比较麻烦，需要用烧刀机加热后把它烧进去后才能使用，但它的精度比较高，且碰到陡面时，刀具伸出很短就能满足所需的长度。

为了最大化的利用烧结刀的优势，为其配备了标准刀库在烧刀时刀子伸出的长度是定死的，并且和编程人员刀具库里的长度是一致的。这样一来，因精加工的刀子切削的量少所用的刀子也就没必要经常烧上烧下的，节约了刀具管理员的烧刀时间。对编程来讲也不要再一把刀一把刀的设置长度了，预先做个刀库调入编程软件里就可以了。而对于长度大于刀库里的刀具我们则把它们放在后面的刀号里，以备临时选用。

2 数据分析整理

2.1 刀具寿命的比较

在刀具大小及长度都确定下来以后，就要去测试刀具的性能，便于选择合适的刀具用于石墨加工。因为我们目前正在使用的是millstar和蓝帜这两家单位的刀具，所以就用这两家厂家的刀具进行刀具耐用性能的比较。转速和进给都按照其样本上的100%给予。各做4块4个大电极的板，结果如下表2.1所示。

表2.1 刀具寿命比较

[刀具直径＼&Millstar F＼S＼&蓝帜F＼S＼&寿命＼&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＼&]

对于上表中 16R0的刀，现在主要用于做电极的基准。以往我们是用16R1的刀每层切0.4mm而对于10mm厚的基准来讲，我们總共要切250层才能把基准做完，浪费时间，现在由于16R0的刀刃长比较长，我们只要做一刀就可以直接把基准铣出来了，省了大量的时间。

2.2 价格比较

通过对上面两家厂家刀具的性能、寿命比较看，各有长处，但是总体来讲millstar的要稍好一点且蓝帜的刀片比较贵，一般2刃刀每片刀片需60元左右，而millstar的只有35元左右，且开粗的刀具都是镶片刀，蓝帜的刀片与刀头之间没有压板固定，它仅依靠刀片上的一个螺丝固定，稳定性很差，有刀片爆掉的可能存在。所以结合上述几点，最终选择的是millstar的刀具。

3 结论

编程上，使用多个电极组合编程及自动换刀的方式，使操作工只需要调用一次程序即可完成几个电极的加工。在刀具的选择上烧结刀具刚性和稳定性比卡簧的固定方式好，故选择烧结夹头固定刀具。在刀具寿命的测试中，Millstar的刀片在石墨加工上成本更低，故选择Millstar的刀片。

作者简介：

李磊，上海交通大学工程硕士在读，延锋伟世通汽车模具有限公司，模具设计工程师，主要负责汽车内饰件注塑模具模具设计工作。