巩义市瑞丰石墨制品公司

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在20世纪，铜作为电极材料在电火花加工中被广泛使用。那时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。一些早期接触过石墨电极的技术人员曾有普遍印象：石墨材料脏、易掉渣、表面效果不好、加工效率不高等等。
随着高新技术的发展，石墨材料的制造工艺不断完善，能满足不同电火花加工需求的石墨材料层出不穷，市场上石墨高速铣削机床应运而生，数控电火花加工机床的石墨放电性能也有了全面的提升。当今，在制造技术良好的欧洲，模具企业超过90%的电极材料采用石墨。航空航天、汽车、家电、电子等模具已大范围采用石墨作为电极材料，这种显著变化归功于石墨电极可实现*率、*加工等诸多优势。
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，以下全面分析其电火花加工的优势与不足，介绍如何正确选择石墨材料、电极制作与放电加工的要点。
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，达3650 ℃，而铜的熔点是1083 ℃，因此石墨电极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*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。根据加工经验，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。
（2）电极损耗
石墨电极具有能承受大电流条件的特性，另外，在合适的粗加工设定条件下，含碳元素的钢工件在加工时产生的蚀除物和工作液在高温下产生的分解物中的碳颗粒，在极性效应的作用下，部分蚀除物、碳颗粒会粘附在电极表面形成一层保护层，保证了石墨电极在粗加工中的损耗极小，甚至是“零损耗”。电火花加工中主要的电极损耗量来自于粗加工，精加工设定条件虽然损耗率较高，但因零件预留加工余量不多即加工蚀除量较少，其总体损耗量也较少。总体而言，石墨电极在大电流的粗加工中损耗会少于铜电极，在精加工中损耗可能会稍大于铜电极，二者的电极损耗情况相当。
（3）表面质量
石墨材料的颗粒直径直接影响电火花加工的表面粗糙度，直径越小可获得更低的表面粗糙度值。几年前使用颗粒直径φ5 μm的石墨材料，电火花加工的良好表面只能达到VDI18（Ra0.8 μm），现今石墨材料的颗粒直径已能达到φ3 μm以内，电火花加工的良好表面可稳定达到VDI12（Ra0.4 μm）或者更精细的等级，但石墨电极无法进行镜面电火花加工。
铜材料的电阻率较低，组织结构致密，电火花精加工易获得稳定的加工状态，在较困难的条件下也能稳定加工，表面粗糙度可小于Ra0.1 μm，能进行镜面电火花加工。由此可见，如果放电加工追求极其精细的表面，使用铜材料做电极更加合适，这是铜电极较石墨电极的主要优势。
但铜电极在大电流设定条件下，电极表面容易变得粗糙不堪，甚至出现裂纹，而石墨材料则没有这方面的问题，对于表面粗糙度要求为VDI26（Ra2.0 μm）左右的型腔加工，使用1个石墨电极即可完成从粗到精的加工过程，实现均匀一致的纹面效果，表面不会有缺陷。另外，由于石墨与铜材组织结构的不同，石墨电极表面放电的腐蚀点比铜电极要规则，因此在加工VDI20及以上相同表面粗糙度时，使用石墨电极加工的工件表面颗粒度更加分明，这种纹面效果要优于铜电极的放电表面效果。
（4）加工精度
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。
（6）电极制作难度
石墨材料的机械加工性能好，切削阻力仅为铜的1/4，在正确的加工条件下，铣削加工石墨电极的效率是铜电极的2~3倍。石墨电极容易清角，可以将平时要由多个电极完成的工件设计成一个整体电极来加工。石墨材料*的颗粒组织结构，使得电极铣削成型后不会产生毛刺，对于复杂造型不便于去除毛刺的情况直接满足使用要求，省去了人工对电极进行抛光的工序，避免了抛光导致的形状改变、尺寸误差等。需要注意的是，由于石墨是粉尘堆积物，铣削石墨时会产生大量的粉尘，因此铣削机床必须要有密封与吸尘装置。如果需要使用电火花线切割加工石墨电极，其加工性能就不
河南省巩义市瑞丰石墨制品有限公司是一家以等静压石墨、高纯模压石墨、电极石墨及相关石墨制品（石墨转子、石墨加热器、回转窑石墨块、石墨结晶器、石墨舟等）为主的生产加工型企业。我公司依托河南丰富的石墨资源，为广大新老客户提供*的产品！欢迎来电咨询，莅临参观指导！
1、作耐火材料：石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质，在冶金工业中主要用来制造石墨坩埚，在炼钢中常用石墨作钢锭之保护剂，冶金炉的内衬。
2、作导电材料：在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极，石墨垫圈、电话零件，电视机显像管的涂层等。
3、作*润滑材料：石墨在机械工业中常作为润滑剂。润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使用，而石墨*材料可以在 200-2000 ℃温度中在很高的滑动速度下，不用润滑油工作。许多输送腐蚀介质的设备，广泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和轴承，它们运转时勿需加入润滑油。石墨乳也是许多金属加工(拔丝、拉管)时的良好的润滑剂。
4、石墨具有良好的化学稳定性。经过特殊加工的石墨，具有耐腐蚀、导热性好，渗透率低等特点，就大量用于制作热交换器，反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备。广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门，可节省大量的金属材料。
5、作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料：由于石墨的热膨胀系数小，而且能耐急冷急热的变化，可作为玻璃器的铸模，使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸精确，表面光洁成品率高，不经加工或稍作加工就可使用，因而节省了大量金属。生产硬质合金等粉末冶金工艺，通常用石墨材料制成压模和烧结用的瓷舟。单晶硅的晶体生长坩埚，区域精炼容器，支架夹具，感应加热器等都是用高纯石墨加工而成的。此外石墨还可作真空冶炼的石墨隔热板和底座，高温电阻炉炉管，棒、板、格棚等元件。
6、用于原子能工业和*工业：石墨具有良好的中子减速剂用于原子反应堆中，铀一石墨反应堆是目前应用较多的一种原子反应堆。作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应当具有高熔点，稳定，耐腐蚀的性能，石墨完全可以满足上述要求。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高，杂质含量不应超过几十个 PPM 。特别是其中硼含量应少于 0.5PPM 。在*工业中还用石墨制造固体燃料火箭的喷嘴，导弹的鼻锥，宇宙航行设备的零件，隔热材料和防射线材料。
7、石墨还能防止锅炉结垢，有关单位试验表明，在水中加入一定量的石墨粉(每吨水大约用 4~5 克)能防止锅炉表面结垢。此外石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上可以防腐防锈。
8、石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂。石墨经过特殊加工以后，可以制作各种特殊材料用于有关工业部门。
9、电极，石墨何以能取代铜做为电极
20世纪60年代，铜做为电极材料被广泛应用，使用率约占90％，石墨仅有10％左右；21世纪，越来越多的用户开始选择石墨作为电极材料，在欧洲，超过90％以上的电极材料是石墨。铜，这种曾经占统治地位的电极材料，和石墨电极相比它的优势几乎消失殆尽。是什么导致了这个戏剧性的变化？当然是石墨电极的诸多优势。
(1)加工速度更快：通常情况下，石墨的机械加工速度能比铜快2~5倍；而放电加工速度比铜快2~3倍；
材料更不容易变形：在薄筋电极的加工上优势明显；铜的软化点在1000度左右，容易因受热而产生变形；石墨的升华温度为3650度；热膨胀系数仅有铜的1/30。
(2)重量更轻：石墨的密度只有铜的1/5，大型电极进行放电加工时，能有效降低机床（EDM）的负担；更适合于在大型模具上的应用。
(3)放电消耗更小；由于火花油中也含有C原子，在放电加工时，高温导致火花油中的C原子被分解出来，转而在石墨电极的表面形成保护膜，补偿了石墨电极的损耗。
(4)没有毛刺；铜电极在加工完成后，还需手工进行修整以去除毛刺，而石墨加工后没有毛刺，节约了大量成本，同时更容易实现自动化生产；
(5)石墨更容易研磨和抛光；由于石墨的切削阻力只有铜的1/5，更容易进行手工的研磨和抛光；
(6)材料成本更低，价格更稳定；由于近几年铜价上涨，如今各向同性石墨的价格比铜更低，相同体积下，东洋炭素的普遍性石墨产品的价格比铜的价格低30％～60％，并且价格更稳定，短期价格波动非常小。
正是这种无可比拟的优势，石墨逐渐取代铜成为EDM电极的可以选择材料.

石墨新用途：
随着科学技术的不断发展，人们对石墨也开发了许多新用途。
柔性石墨制品。柔性石墨又称膨胀石墨，是年代开发的一种新的石墨制品。
    美国研究成功柔性石墨密封材料，解决了原子能阀门泄漏问题，随后德、日、法也开始研制生产。这种产品除具有天然石墨所具有的特性外，还具有特殊的柔性和弹性。
    因此，是一种理想的密封材料。广泛用于石油化工、原子能等工业领域。国际市场需求量逐年增长。
    此外，石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂，是制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石、钻石不可缺少的原料。它是一种很好的节能环保材料，美国已用它做为汽车电池。随着现代科学技术和工业的发展，石墨的应用领域还在不

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