石墨薄片電極銑削加工研究*

張 斌，唐春華，王洪亮

(珠海城市職業技術學院 機電工程學院，廣東 珠海 519090)

0 引 言

模具上窄槽(非貫通)、深骨位、細小特征等難以直接加工到位的地方一般要拆鑲件或需放電加工，不宜拆鑲件的部位就需要放電加工，進行放電加工就需要制作電極(銅公)。電極常用材料一般有銅和石墨兩種，因銅電極放電效率較低，銅質地較軟，薄片電極在加工時容易變形等，石墨電極因其本身所具有的優良性能在模具放電加工中獲得了廣泛應用，但因石墨本身所具有的特性(如非均質、脆性大等)，薄片石墨電極在加工中易出現的斷裂、崩角、刀具磨損嚴重等問題亟待解決。

1 薄片石墨電極加工難點分析

1.1 石墨電極優點

與銅電極相比，石墨電極具有放電效率高、損耗小、重量輕、切削容易等優點在模具行業獲得了越來越廣泛的應用，且很多時候為保證產品外觀質量，需拆整體電極，而整體電極存在各種隱性清角，利用石墨的易修整性，可大大減少了電極數量，提升放電效率[1]。

1.2 薄片石墨電極加工難點

相比于薄片銅電極，薄片石墨電極具有較高的硬度，加工不易變形，但因為石墨脆性大，結構不均勻，加工時極易發生斷裂、崩角；石墨硬度高，刀柄較長容易出現彈刀、刀具易磨損加劇等問題[2]。常見薄片石墨電極結構如圖1所示。

圖1 常見石墨薄片電極結構

2 影響薄片石墨電極加工質量因素分析

2.1 石墨特性

石墨電極坯料是由顆粒在一定壓力下壓制成型的，這就造成了其結構的不均勻、多孔性，再加上石墨比較脆，導致切削加工中容易出現崩角、斷裂。為減少石墨本身特性對加工影響，優先采用西格里、東洋碳素等國際品牌的坯料，國產石墨普遍顆粒大、結構疏松、難以制作高質量的薄片電極，多用于粗公。

2.2 刀具因素

薄片電極由于其結構的特殊性，小的振動、沖擊都可能導致加工失敗。因此，薄片電極加工切削力要盡可能小、盡可能保持切削力穩定、減小切削沖擊，刀具選用不合理、刀具磨損均會引起切削力變化，產生切削沖擊。

2.3 編程策略

采用合理的編程策略、減小切削力及切削力變化引起的沖擊、振動，提高加工過程穩定性是獲得高質量薄片電極的關鍵因素之一。如粗加工預留較大的加工余量，補強薄片電極剛性和強度，精加工一次走刀完成切削可降低斷裂的風險；先加工薄片電極頂面再加工側面，可提高頂部強度，避免頂面加工時加工崩角現象等[3]。

2.4 切削參數選用

合理的加工參數對薄片電極加工質量、刀具耐用度等有重要影響。切削力的影響因素非常多，切削方式、切削參數(切削速度、進給速度、切削深度等)對切削力大小、切削穩定性有顯著影響。選擇合理加工參數，減小切入、切出時切削力變化導致的振動、沖擊可減少薄片電極崩角、斷裂的發生，刀具切入切出刀應盡量采用沿輪廓的切向或斜向切入方式，減小切削力變化引起的振動、沖擊。

2.5 機 床

高速銑削與常規銑削相比，效率提升30%以上，切削力下降30%以上，刀具壽命提高了70%，切削振動幾乎消失[4]。采用高速機進行加工、機床主軸精度高、振動小、切削力小、表面質量好、熱變形小、可有效減少因切削沖擊、表面凹坑導致的折斷、崩角現象。

3 常見薄片石墨電極加工工藝

3.1 加工工藝性分析

薄片電極的結構與尺寸如圖2所示。

圖2 薄片電極結構及尺寸

薄片部分高度25 mm，頂部厚度只有0.6 mm，再考慮電極的放電間隙、實際厚度更小(0.5 mm)，高度厚度之比達到42：1，屬于典型的薄片電極，加工難度大?；谇懊娴姆治鍪牧线x用東洋碳素ISO-63、刀具選用耐磨性好的金剛石涂層刀具、機床選用森瑪德SMD-600高速專用石墨機。減小機床、刀具和石墨材料本身特性對薄片石墨電極加工的影響。

3.2 擬定加工路線，選擇編程策略、加工參數

薄片電極因其結構上的特殊性，加工難度大，程序編制需根據其結構特點選擇合理的編程策略和加工參數，合理安排粗加工、半精加工和精加工的加工路線。經過工藝分析，此電極的加工工藝路線編排如圖3所示，編程策略及加工參數設置如表1、2所列[5]。

圖3 薄片電極加工工藝路線

表1 薄片電極刀具選用及編程策略

如圖3所示：圖3(a)為輪廓粗加工(頂面、側壁及基準開粗)；圖3(b)為二次開粗(D12刀加工不到的，改用D3刀開粗)；圖3(c)為側壁、基準精加工；圖3(d)為刻字。先精加工頂面，因頂面較薄,是強度最最弱的部位,先加工頂面可利用側面尚未切削的余量來提高頂部的強度、避免崩角。再二次開粗加工，D12刀切削不到的地方，然后采用等高和平行區域清除策略精加工側面和基準面，因側面小面厚度太薄加工時易出現崩角，精加工切深控制在0.2 mm以內，最后刻字完成薄片電極加工。

表2 薄片電極加工參數設置

3.3 刀路仿真及檢查

該電極程序采用Powermill軟件編制，刀具路徑如圖4所示。

圖4 薄片電極刀路仿真及檢查

3.4 加工效果展示

薄片電極最終加工成品如圖5所示，在對零件進行工藝分析的基礎上，通過采用合理的編程策略、設置合理的工藝路線和加工參數有效解決了石墨薄片電極加工中容易出現斷裂、崩角現象。

圖5 薄片電極加工

4 結 語

放電作為模具加工中幾種最常用加工方式之一，在模具窄槽、骨位等部位加工中具有不可替代的作用，薄片石墨電極因石墨材料自身特性和薄片電極結構特殊性，加工難度較大。通過采用合理的編程策略、設置合理的切削參數、選用合理的切削刀具，取得了良好的加工效果，有效解決了石墨薄片電極加工中容易出現斷裂、崩角現象，對縮短模具交期著、降低成本、提升企業經濟效益有重要意義。同時也為為類似結構薄片石墨電極加工提供了有益參考。