作为模具加工领域广泛应用的一项工业技术，电火花加工始终发挥着重要的作用。在放电加工中，为了保证模具的质量，电极的选用非常关键。在节能、高效率成为制造业热点话题的形势下，就电极的选用方面，越来越多的客户开始选择石墨来取代传统铜来进行放电加工。事实证明，石墨电极拥有铜电极不具有的优质特性，提高了企业和产品的市场竞争力，提高了生产效率，带来了成本的降低和利润的增加，也正是这种潜力巨大的黑色动力推动着电加工技术不断向前发展。

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{dy}部分

1? 石墨何以能取代铜？????? ??

20世纪60年代，铜作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{sx}材料

2? 使用石墨电极时应该注意的要点

采取石墨电极确实具有很多优势，但是如何将这种材料优势发挥到{zj0}，真正做到提高效率、降低成本、提高市场竞争力，这些问题不仅仅是石墨生产商考虑的问题，更是石墨的使用者要慎重对待的问题。那么在应用石墨材料的时候首先应该解决哪些问题呢？

（1）除尘：由于石墨是细颗粒结构，在机械加工时，会产生大量的粉尘，对工厂环境有较大影响；此外，粉尘对设备的影响主要体现在对设备电源的影响上，由于石墨的导电性非常好，进入电源箱后，容易造成电源短路等故障；因此建议配备石墨专用加工机进行加工。但是由于石墨专用加工设备投资成本较大，很多企业在此方面均比较谨慎。在这样的情况下，可以采取以下几种解决方案：

1）石墨电极外协：随着石墨在模具行业中的应用日趋广泛，越来越多的模具代工（OEM）企业也纷纷导入了石墨电极的代工业务，在此方面，上海东洋炭素有限公司也于2005年导入此项业务，公司目前拥有4台MAKINO石墨专用加工设备，为广大模具企业代加工石墨电极。

2）浸油后加工：购买石墨后，先在火花油中浸泡一段时间（具体根据石墨的体积来判断），然后在放到加工中心中进行加工，这样，石墨粉尘便不会乱飞，而是往下掉。这样对设备和环境的影响会降到{zd1}。

3）改装加工中心：所谓改装，主要是在普通的加工中心上加装吸尘器。

（2）机械加工中的崩角：由于石墨比铜更脆，如果用加工铜电极的方法来加工石墨的话，容易造成电极崩角，尤其是在加工薄筋电极时。在此方面，东洋炭素积累了大量的加工经验，可以为模具厂家提供免费的技术支持。主要是通过刀具选择，走刀的方式，以及加工参数的合理配置来实现。

（3）放电加工时的放电间隙：与铜不同的是，由于石墨电极放电速度更快，单位时间内腐蚀出来的加工渣更多，如何有效排渣成为一个问题；因此，要求放电间隙比铜更大些。一般而言，在设置放电间隙时，石墨的放电间隙比铜要大10～30％。

（4）正确认识其不足：除了粉尘外，石墨还存在一些不足。比如在加工镜面模具时，相较于铜电极，石墨电极更不容易达到理想效果，而要达到较好的表面效果，则需选择颗粒度最细的石墨，而这种石墨的成本往往比一般石墨要高4～6倍。另外，石墨的再利用性较低，由于生产工艺的关系，石墨只有很少一部分才能用于再生产和利用。电火花加工后的废弃石墨暂时无法进行再利用，因此对企业的环境管理带来一定的考验，在此方面，东洋炭素可以为客户进行免费回收废弃石墨，以免给客户的环境认证带来困扰。

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第二部分

1 石墨电极材料的发展

早在20世纪60年代中期石墨就开始被用作电极材料，但它的市场份额很小。当时所用普通石墨材料颗粒粗，体积密度小，机械强度差，在电极本身的加工和电火花加工过程中，容易脱粒崩块，由此带来加工精度和加工面粗度差，电极消耗大，加工不稳定，容易拉弧xx，污染严重等一系列问题。而且由于石墨颗粒组成方向不同，用于电极时导电等向性表现不一致。随着各向同性石墨的出现，日本东洋炭素1974年首次以冷等静压成形（CIP）方法开发生产出高质量的可用于电加工的各向同性石墨，此种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，从此石墨电极因电极消耗小、加工速度快、耐高温、加工精度高等优点，逐渐代替铜电极成为电加工电极的主流。

目前，国外的电加工业十分发达，石墨电极材料被广泛采用。在日本为7﹕3，美国为9﹕1，欧洲为7﹕3。虽然中国在电火花加工技术方面发展也很快，国内模具界也知道海外使用石墨电极非常普遍，但是石墨电极在中国电加工行业中的推广还不及国外。据估计，在中国，石墨电极与铜电极的应用比还不足3﹕7，高强精细石墨的应用比更低。

近年来，由于国外的优质石墨材料纷纷进入中国市场，特别是投资于中国的外国模具厂家的示范带头作用，人们又重新开始认识到石墨电极的优越性，越来越倾向于{sx}石墨作为电极材料。

2石墨材料在中国的市场现状及趋势

如表1，“十五”期间中国电火花加工用各向同性石墨产值的年均增长率约为13%。到2005年，中国电火花加工用石墨年需求量为4900t左右，其中电火花加工用各向同性石墨年需求量为490t左右。同时，到2005年，中国电火花加工用石墨的工业总产值约为1.23亿元,其中电火花加工用各向同性石墨的工业总产值约为4900万元。目前，中国中低档和低档电火花加工用石墨市场竞争十分激烈，价格一直处于低迷状态，而中xx和xx电火花加工用石墨在国内尚未形成稳定批量生产，仍需大量进口。随着一部分大型、精密、复杂、长寿命模具转向国内生产和模具行业的技术进步，另外，国外普遍采用的高速切削技术还不可能短期内在中国被广泛应用等原因，因此，电火花加工用各向同性石墨在中国仍有看好的市场前景。

???年???????????????????? 份

2001年

2002年

2003年

2004年

2005年

中国模具工业年产值???????? （亿元）

?316

?357

?404

?456

?515

电火花加工模具工业年产值?? （亿元）

?126

?143

?162

?182

?206

石墨电极加工模具工业年产值? （亿元）

?37.9

?42.8

?48.5

?54.7

?61.8

电火花加工用石墨总需求量????? (吨)

?3000

?3400

?3850

?4350

?4900

电火花加工用各向同性石墨需求量(吨)

?300

?340

?385

?435

?490

电火花加工用石墨年产值????? (万元)

?7500

?8505

?9585

10842

12275

电火花加工用各向同性石墨产值(万元)

?3000

?3400

?3850

?4350

?4900

模具用各向同性石墨产值年增长率 (%)

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3? 石墨在模具中的应用

（1）石墨在高速加工中的应用

1）石墨与铜不同，石墨为颗粒状结构，其机械切削阻力更小，只有铜的1/5左右；因此更容易切削。特定条件下，石墨的切削效率甚至可以达到铜电极的5倍，其进给速度（F）可以达6000MM/MIN以上；并且不容易发生断刀等加工事故。

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2）石墨加工刀具的选择

值得一提的是，很多模具企业认为石墨应该比铜更软，实际上石墨的硬度比铜更高，EDM用石墨的硬度一般为50～90（HRA）肖氏硬度，而紫铜一般为50～80（HBN）布氏硬度，约17～20肖氏硬度。因此在加工石墨的过程中，其刀具的选择就变得非常重要。东洋炭素建议在加工石墨时，尽可能选择金刚石刀具或金刚石涂层刀具，

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3）石墨电极的加工案例。

4??????? 石墨在放电加工中的应用

石墨的原子结构按六边型蜂窝状结构进行排列，其原子核外围的4个电子中的 3个电子和邻近原子核的电子组成牢固稳定的共价键，多余的1颗电子可沿网平面作自由运动，使其具有导电的特性。

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由于石墨比铜的熔点更高（石墨熔点3650度，而铜仅有1000度），因此更适合用于大电流放电加工，其放电速度更快；并且在大电流放电加工时，放电损耗反而更小。原因是大电流放电加工时，加工液中的C原子可以对石墨电极进行补偿，而铜电极则无法得到 ，此外，颗粒越细的石墨，其粒子间的结合力越强，放电损耗越小，放电面粗度越好。

东洋炭素的TTK-4/5材料，在合适条件下，其放电粗糙度可以达到Ra1.0以下。

目前，石墨作为电极材料已被国内模具企业所接受和认可，在压铸模、注塑模、以及各种精密模具中被广泛采用。

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第三部分

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TOYO石墨-汽车模具EDM解决方案

1 石墨电极目前的应用状况

目前，我国汽车工业的发展可以说是日新月异，呈现出空前的繁荣景象，到目前为止已经成为世界上的第二大消费国和第三大生产国。但是，作为汽车制造工艺装备的模具行业，其设计水平、制造水平，却与汽车大国有着较大的差距；细节方面来说，汽车模具放电材料的选择、电极的设计、加工与放电参数的选择也是需要我们努力的方向。

最近两年汽车模具行业飞速发展，新车型推出的种类和数量越来越多，周期越来越短，石墨材料、新工艺和不断增加的模具工厂不断冲击着模具市场，模具厂的压力也不断增大，生产周期越来越短，质量、成本、交货期和新产品的开发决定企业竞争优势。

?2 石墨与铜的放电比较

?? 机械加工性能好：切削阻力为铜的1/4，加工效率是铜的2-3倍，

?? 电极抛光容易：石墨电极无毛刺，用砂纸简单表面处理即可，极大避免电极形状和尺寸受外力造成的形状失真；

?? 电极消耗小：导电性好，电阻率低，为铜的1/3 ~ 1/5，粗加工时可以达到无损耗放电；

?? 放电速度快：为铜的1~ 2倍，粗加工的间隙可达０.5~１．５mm，电流可达５０～１５０Ａ；

?? 重量轻：比重为1.7~1.9，为铜的1/5，对于大型电极可以极大减少工件重量，降低机床负荷和人工调装难度；

?? 耐高温：升华温度为3650℃，高温条件下电极不软化，避免薄壁工件的变形问题；

?? 电极变形小：热膨胀系数＜６CTEX10-6/℃，仅为铜的1/4，提高放电的尺寸精度；

?? 电极的设计不同：石墨电极容易清角，可以将平时要由多个电极的工件设计成一个完整电极，提高模具的xx度，并减少放电时间。

3 石墨电极在汽车模具上的优势

? 电极重量轻：可以设计整体电极和组合电极，等大型复杂的电极；

? 降低模具出错率：电极加工好之后可以及时发现制作中的问题，并及时修正，防止因直接加工模具而造成的的形状和尺寸错误，避免烧焊或模具材料报废，因为对大型模具来说，材料费用占整套模具的成本是很高的；

模具制造周期缩短石墨易切削，ＣＮＣ加工速度快铜一倍；重量轻，放电时吊装容易，机床和操作员的负担都轻，电流大，间隙常可达到１mm以上，极大缩短了制造周期；

电极成本低：铜是不可再生资源，国际有色金属的趋势是永远越来越高，而石墨材料本身价格比铜低，而且这几年来总的来说基本没有太大的变动，成本

4 .石墨生产商介绍

目前全球知名的石墨供应商主要有五家：东洋、西格里、东海、罗兰和步高，其中日本东洋碳素(TOYO TANSO)是全球{zd0}的EDM用石墨生产商，年产11000吨，其产品线覆盖全部高、中、低端市场。

如表1数据摘自相关公司的市场报告或者对外公布的数据

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品牌

2007年计划产量

(单位.吨)

东洋

TOYO

11000

西格里

SGL

6500

东海

TOKAI

5500

罗兰

LORRAINE

3400

步高

POCO

850

5? 石墨材料介绍

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常用的几种典型TOYO石墨：

?TTK-4

特性

平均粒径????????? 4μm

体积密度????????? 1.78Mg/m3

硬度????????????? 72shoreD

电阻率??????????? 14.0μΩm

抗折强度????????? 73Mpa

TTK-4属于各向同性超细颗粒石墨, 应用于精细加工和超高表面光洁度的加工.LOGO标志的加工。

ISO-63

特性

平均粒径???????? 5μm

体积密度?? ??????1.82Mg/m3

硬度???????????? 80shoreD

电阻率?????????? 15.5μΩm

抗折强度???????? 76.4Mpa

ISO-63属于各向同性超微粒石墨,耐磨性能好,价格合理, 应用于汽车模具(骨位、筋位)的精细加工 。

ISEM-7

特性

平均粒径???????? 8μm

体积密度???????? 1.77Mg/m3

硬度???????????? 62shoreD

电阻率?????????? 12.5μΩm

抗折强度?? ??????51Mpa

ISEM-7属于细石墨类中型材料,是即经济又高效的牌号,应用于压铸、锻造、塑胶成型模具的粗加工和中粗加工。

6 .加工机床

???通常用常规的车削、铣削、磨削方法可以满足加工简单形状的需求,但近年来对电极几何形状复杂性的要求持续增加,针对这类电极就必须采用高速加工。

石墨电极在机械加工时会产生大量的粉尘,为了避免石墨颗粒吸入机床主轴和丝杠,需要专门的防尘设计，目前解决方案主要有两种：{dy}类是带专门的吸尘设备的专用的石墨加工机, 第二类是采用水帘式的冷却方式来加工。

???EDM放电机方面，承载重，极限电流大的设备对{zj0}发挥石墨在汽车模具上的的效果十分显著，比如深圳华益盛模具有限公司就大量采用大韩双头机和东洋TOYO的石墨，在取的良好经济效益的同时，在汽车模具行业里也赢得了很好的声誉。

7典型石墨电极加工实例

?8 前景展望

模具在汽车、机电、航空航天等工业领域日益成为工业化批量生产的主要工艺设备，承担了这些工业中60％－90％的产品零部件的加工生产。近年来高速铣削突破了传统铣削难以加工高硬、高强、高韧模具材料的限制。但电火花加工具有加工精度和表面质量高，可加工范围宽，特别是在复杂、精密、薄壁、窄缝、高硬材料的模具型腔加工中的优势是高速铣削所不能比拟的，因此放电加工将仍然是模具型腔加工的主要手段。由于石墨电极(与铜相比)有电极消耗少、放电加工速度快、机械加工性能好、重量轻、热膨胀系数小等优越性，逐渐代替铜电极成为电加工电极的主流。

目前象富士康(FOXCONN)、上海比亚迪(BYD) 、华孚集团(Waffer)、广东鸿图(002101)、广州康奈可、深圳群达、中山志和、科龙、华益盛、恒佳等一批模具业的xxxx也已经大量采用东洋石墨于汽车模具的生产中，有些企业甚至达到了80%以上，并取得良好的经济效益。

针对未来模具行业的发展趋势，谁能在最短的时间里完成模具的制作，谁就赢得了客户，赢得了市场。作为东洋石墨华南地区的总代理石金精密科技（深圳）有限公司，我们愿意与广大同行，一起分享和交流石墨的应用和推广经验。

石金精密科技（深圳）有限公司

电话：0755－81737080

传真：0755－81737007

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第四部分

推荐使用的石墨品牌???????????????

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上海东洋碳素有限公司

TOYO TANSO：大规格各向同性石墨的发祥地，同时也是目前全球{zd0}的特种石墨生产商和供应商。在EDM方面，东洋炭素拥有6个等级11种材质以满足各类模具企业的不同需求。在中国，东洋炭素致力于为中国模具企业提供高品质的石墨产品，此外，东洋炭素于2005年导入石墨电极加工业务，目前已经成为全国{zj1}实力的电极加工厂商之一。同年，东洋炭素研制出了xx产品系列（TTK-4/5/8/9）推向市场，正式宣告成为全球EDM石墨产品线最全的供应商。

品牌、制造商

产地

主要材质

应用

TOYO TANSO

日本

ISEM-3

适用于压铸模、锻造模的粗、精加工；普通注塑模的粗加工；

ISEM-7/ISEM-8

适用于压铸模、大型注塑模的粗、精加工；比如鞋模，汽车模,一般家电模具等；

ISO-63/TTK-50

适用于精密注塑模的粗、精加工；比如家电模具，汽车内饰模具，OA类模具；

ISO-88/TTK-3

适用于精密模具的精加工；如手机模具，电视机喇叭网模具等；

TTK-4/TTK-5

适用于超精密模具的加工；如IC封装模、手机模、精密接插件模具等；

TTK-8/TTK-9

适用于超难加工模具的加工；如极细电极，硬质合金工件等的加工；

广大模具企业若在使用石墨过程中有任何疑问和困难，可以向石墨材料厂商求助，东洋炭素的求助热线：021－57741529? 缪先生或杨先生? 我们将竭力为您解答，若有需要，我们将提供上门服务。

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美国步高石墨有限公司

美国步高石墨有限公司（Poco Graphite）是高性能的精密模具EDM电极用石墨的{lx1}制造商，有四十多年的石墨等级和石墨技术的开发经验，步高已利用这样的技术开发了培训课程和技术文献来支持EDM行业。步高石墨有限公司已在中国建立了一个强大的应用工程师团队，以提供对所有与石墨应用有关联的领域的现场支持—从高速铣加工和工具的推荐，到EDM加工参数和电极管理。Poco的合作伙伴会受益于Poco 的培训和技术，帮助他们提高生产效率和降低生产成本。此技术支持由Poco 设在上海和深圳的代表处提供。Poco EDM石墨通过一个全世界的经销商网络销售，包括位于中国主要模具制造地区的当地经销商。

Poco石墨以其统一的显微结构和突出的物理性能而闻名。每一等级的石墨都有其独特的性能，使其针对特定的应用提供{zj0}的性能表现。理想的物理性能使得电极制造容易，并且在精密EDM应用中如要求细表面光洁度的精细加工，薄筋和带尖角的小公差加工时具有优异的金属去除率和耐磨损性能。

Poco{zy1}的的质量控制保证不同块的Poco石墨材料具有可靠和一致的性能表现。Poco应用工程师会帮助客户针对具体的应用选择材料等级，并提供现场支持和培训。

Poco 石墨等级：