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过去石墨电极常采用靠模法加工,现在多采用数控加工。石墨电极具有电极消耗小、精度保持性好、加工速度块、高温热变形小、重量轻、表面处理容易、电极可粘结等优点,所加工的零件加工精度高,表面光洁。但石墨力学性能差,特别是其塑性、韧性差,导致其切削性能差,切削时尖角处易崩裂,表面质量差,刀具的磨损严重,细小的崩脆切屑所产生的粉尘多。因此,在对石墨进行数控加工时,其工艺路线的安排、切削参数和工艺措施的选取特别重要。笔者以某一工业产品的塑料模具22彩票为例,较详细地介绍石墨电极数控加工过程中应采取的合理的切削参数、工艺措施和工艺路线。


1 石墨电极的加工工艺

  图1所示为加工某塑料模具型腔的石墨电极, 毛坯尺寸为:长×高×厚= 138mm×90mm ×46mm。

1.1 工艺分析

  用作电极的石墨材料必须具有足够的强度,以免在操作和电火花加工过程中受到破坏,同时电极形状对石墨电极的晶粒尺寸和强度提出较高的要求,这导致石墨电极在加工过程中尖角处易崩裂,切削刀具的磨损较为严重等现象。因此,一般需采用硬质合金或金刚石涂层刀具。

  石墨电极材料的切削力约为切削铝、铜等韧性金属的10%左右,切削力通常不是重点考虑的问题,因此粗加工时刀具可直接在工件上进刀,精加工时为避免崩角、碎裂的发生,常采用小切削用量的方式加工。加工实践表明,石墨铣削加工中,相同条件下进行顺铣和逆铣加工时,由于破碎颗粒量和刀具实际切入冲击的不同,导致刀具寿命不同,逆铣刀具寿命高于顺铣刀具寿命。

  粗加工时,切削速度越高,刀具磨损越小,加工成本也越低。当切削速度大于900m /min时,硬质合金刀具、金刚石涂层刀具和聚晶金刚石刀具的单位长度所需成本差别不大,在低速切削时宜选用涂层金刚石刀具。精加工计算刀具成本时,金刚石涂层刀具最好,聚晶金刚石刀具次之,硬质合金刀具最差。刀具直径较小时选用金刚石涂层刀具,加工最为经济。

  为了防止加工过程中产生崩角,还可采取以下工艺措施。

  1)在电极加工前先进行浸润处理;

  2)使用耐磨性好的刀具;

  3)采用顺铣(向下走刀)的方法进行加工;

  4)切削时减小刀具的切入量;

  5)切削刀具的螺距切入量小于刀具直径1 /2;

  6)加工两端部时进行减速加工;

  7)加工下方时使用垫板增强终端面的刚性;

  8)在对上面的弯曲部与侧面之间的角部进行加工时,容易产生细小裂缝,则应在完成上面弯曲部的加工后,再对侧面进行精加工。

  1.2 工艺方案

  在卧式机床上加工,可通过压板压紧工件;在立式机床上加工,由于切削力较小,可通过压板顶住侧面的方法夹紧工件。

  以工件上表面中心为工件坐标系原点, 较长边方向为X 轴。在Mastercam系统里, 该石墨电极数控加工工艺过程如下。

1)粗铣电极型面

  粗铣要求在最短时间内切除最大余量的材料, 刀具用<20R4立铣刀,采用曲面平行粗加工方式粗铣电极型面, 为减少刀具磨损, 以逆铣方式切削。主轴转速取1200 r /min,进给速度400mm /min,切深取1mm, 加工预留量为0. 5mm。行进给量取6mm, 刀具按与刀轴成45°方向进刀。电极型面粗加工仿真如图2所示,可见粗铣后留有较多的余量,尤其是要求清角的位置

2)精铣电极型面

  采用曲面平行精加工方式加工。精铣的型面分两部分, 第一部分为图1 中标注A、B 的部分, 采用<20R4立铣刀加工; 第二部分为中间浅色部分, 用R6球头铣刀加工。

  <20R4立铣刀精铣时主轴转速取1200 r /min,进给速度500mm /min,加工预留量为0,切削方式仍采用单方向加工,行进给量取2mm。

  R6球头铣刀精铣时需选取内侧面为检查面,中间的部分为导动面。导动面预留量为0, 检查面的预留量为0. 1mm, 主轴转速取1500 r /min, 进给速度500mm /min,行进给量取0. 5mm。

  3)铣立侧面

  立侧面以<12立铣刀采用投影加工方式铣削,这样加工效率较高且表面粗糙度低。投影加工前需先完成要投影的2D轮廓刀具路径, 再将其投影到曲面上。主轴转速取1400r/min, 进给速度400mm /min,刀具轨迹如图3细实线所示。

  4) Y方向清角选用<12立铣刀,以轮廓铣削方式加工Y方向清角,主轴转速取1400 r /min, 进给速度400mm /min, 刀具轨迹如图3粗实线所示。

图3 刀具加工轨迹

  5)清除残料侧面与中间曲面间为尖角,由于中间曲面采用R6球头铣刀精铣,与侧面间留有较多的余量,因此,先采用R3球头立铣刀,以清除残料精加工方式加工后,再选用R2球头立铣刀清角。主轴转速取1600r/min, 进给速度800mm /min,重叠量取0.3mm。此时,加工仿真如图4所示,可见C处还有较大的圆弧交角。

6)清角

  以R2球头立铣刀,采用交线清角精加工方式清角。主轴转速取2500 r/min,进给速度1200mm /min, 按顺铣方向走刀。由于立侧面深21. 4mm,不宜再采用过小的刀具加工,对于清角后仍留有的圆弧,通过修磨加工到位。

2 结语

  本文探讨了某模具的石墨电极数控加工工艺的特点和难点,实践表明, 通过采取适当的工艺措施、合理选择刀具材料、切削用量、刀具路径等工艺参数, 可获得较好的加工效果,能满足加工要求。