石墨电极和EDM在铝轮毂下模生产中的应用

    铝轮毂铸造模具一般要求生产4～5副相同的模具，下模采用何种工艺方案最经济、最有效、模具寿命长，这一直是业界人士探讨的热点话题。

    通过访问德国和奥地利的两家专业铝轮毂模具制造公司（欧洲现有三家专业铝轮毂模具制造公司），我们发现他们均采用机加工加放电方法。由于传统放电加工时间长、效率低，放电表面不均匀，电极损耗大，且硬化层可能影响模具寿命等因素，国内下模很少采用放电加工，而是一直在使用机加工和人工抛光的方法。

    德国OPS-INGERSOLL公司是世界领先的高速加工和EDM设备制造商，拥有50多年EDM的生产经验。近20多年，它一直致力于石墨电极放电的研究（如图1），在石墨电极放电方面取得的成绩远领先于其他EDM制造商。本文以一个铝轮毂下模的加工过程为例介绍石墨电极和EDM的应用。

    准备石墨电极和下模具

    选用POCO EDM2类似牌号等级的石墨材料。石墨电极的加工采用高速加工，转速30,000r/min以上，刀具选用金刚石涂层刀具。电极缩放量(建议越大越好，但小于最小R角)通常在0.5～0.7mm之间。工件加工后留放电余量 + 0.5～0.7mm。

    放电加工

    放电加工采用球型摆动，这样能保证曲面精度和所有曲面光洁度的均匀一致。放电大致分为粗放和精放两步，实际上机器的智能系统已经自动把加工细分为7～8个步骤了。
粗放是加工效率的关键。相对于铜电极来说，石墨电极在粗放时可以选用大电流，如果能很好地实现对脉冲的控制，石墨电极几乎没有损耗。在实际加工中，峰值电流可以达到52A。

    精放是达到最后光洁度和精度的关键，石墨电极与铜电极相比，精放时损耗大。好的EDM设备能很好地控制精放脉冲，把电极损耗降低到最低。

    精放的另外一个目标是消除电腐蚀层。粗放后，放电表面会留下一个硬化层，如果不消除该硬化层，以后在铸造生产过程中，由于模具忽冷忽热，很容易造成模具裂纹。OPS-INGERSOLL的EDM有一套专家系统，能自动协调放电步骤，通过精放把硬化层厚度降到最小，延长模具寿命。

    我们对放电后工件的侧面、底面和顶面各部位进行测量，光洁度均匀一致，都为3.2，观察放电后电极的角部和尖锐部位，几乎没有损耗。精加工后铝轮毂的表面特征如图2所示。

    总结

    为保证形状精度，放电时可采用球型摆动，根据轮毂的复杂程度，放电加工时间会在10～18h之间。实际放电过程之后，由于电极几乎没有损耗，根据德国WFV的经验，一个电极可以加工4～5副模具。

    放电表面光洁度能做到均匀一致，无须人工抛光（通常人工抛光至少需要24h），避免了试模时由于表面问题不过关而重新抛光、试模，节约了成本。国内通常在使用机加工后还需人工抛光，而这种加工方式经常由于表面质量的问题导致模具使用试验失败。另外OPS-INGERSOLL公司的软件会自动计算粗放时的硬化层厚度，从而在精放中把粗放时出现的硬化层处理掉，所以不会影响模具的寿命。

    采用石墨电极并结合好的EDM设备能提高下模生产效率和降低成本，从而极大地保证相同模具的一致性。