石墨模具

石墨模具 

近年模具行業(yè)飛速發(fā)展，石墨材料、新工藝和不斷增加的模具工廠不斷沖擊著模具市場，石墨以其良好的物理和化學(xué)性能逐漸成為模具制作的首選材料。


石墨模具

Graphite Mould

目錄
1石墨模具簡介
2優(yōu)良性能
3應(yīng)用
4電火花加工
5加工工藝
6現(xiàn)狀與發(fā)展
折疊編輯本段石墨模具簡介
石墨模具
石墨模具
模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的基礎(chǔ)工藝裝備，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，產(chǎn)品零件廣泛采用沖壓、鍛壓成形、壓鑄成形、擠壓成形、塑料注射或其它成形加工方法，與成形模具相配套，使坯料成形加工成符合產(chǎn)品要求的零件。我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活中所使用到的各種工具和產(chǎn)品，大到機床的底座、機身外殼，小到一個胚頭螺絲、紐扣以及各種家用電器的外殼，無不與模具有著密切的關(guān)系。模具的形狀決定著這些產(chǎn)品的外形，模具的加工質(zhì)量與精度也就決定著這些產(chǎn)品的質(zhì)量。近年模具行業(yè)飛速發(fā)展，石墨材料、新工藝和不斷增加的模具工廠不斷沖擊著模具市場，石墨以其良好的物理和化學(xué)性能逐漸成為模具制作的首選材料。


石墨模具
石墨模具
1.優(yōu)良的導(dǎo)熱及導(dǎo)電性能 2.線膨脹系數(shù)低等很好的熱穩(wěn)定性能及抗加熱沖擊性 3.耐化學(xué)腐蝕與多數(shù)金屬不易發(fā)生反應(yīng) 4.在高溫下(在多數(shù)銅基胎體燒結(jié)溫度800℃以上)強度隨溫度升高而增大 5.具有良好的潤滑和抗磨性 6.易于加工，機械加工性能好，可以制作成形狀復(fù)雜、精度高的模具


目前，石墨模具主要在以下幾個方面得到了廣泛的應(yīng)用:

有色金屬連續(xù)鑄造及半連續(xù)鑄造用石墨模具

近年來，國內(nèi)外正在推廣由熔融金屬狀態(tài)直接連續(xù)(或半連續(xù)的)制造棒材或管材等先進(jìn)的生產(chǎn)方法。國內(nèi)在銅，銅合金，鋁，鋁合金等方面已開始采用這種方法。人造石墨作為有色金屬的連續(xù)鑄造或半連續(xù)鑄造用模具被認(rèn)為是最合適的材料。生產(chǎn)實踐證明，由于采用了石墨模具，因其導(dǎo)熱性能良好(導(dǎo)熱性能決定了金屬或合金的凝固速度)，模具的自潤滑性能好等因素，不但使鑄型速度提高，而且由于鑄錠的尺寸精確，表面光滑，結(jié)晶組織均勻，可直接進(jìn)行下道工序的加工。這不僅大大提高了成品率，減少了廢品損失，而且產(chǎn)品質(zhì)量也有大幅度的提高。連續(xù)鑄造方法有立式連續(xù)鑄造法和臥式連續(xù)鑄造法兩種。

加壓鑄造用模具


人造石墨材料已成功地用于有色金屬的加壓鑄造上。例如，用人造石墨材料制造的加壓鑄造用模具生產(chǎn)的鋅合金和銅合金的鑄件已用于汽車零件等方面。

離心鑄造用石墨模具

石墨模已成功應(yīng)用于離心鑄造上。美國已采用壁厚為25 毫米以上的人造石墨鑄模來離心 鑄造青銅套管。為了防止人造石墨模的燒損，可采取一定的防氧化措施。澆鑄一定數(shù)量的鑄件后，如果發(fā)現(xiàn)鑄模內(nèi)表面燒損，可以將鑄模內(nèi)孔的尺寸擴大以便用來鑄造大規(guī)格套管。

熱壓壓模 模具


人造石墨熱壓壓模用于硬質(zhì)合金的加壓燒結(jié)方面具有下述特點: 一是若壓制溫度提高到1350-1450 度時，則所需單位壓力可降到67-100 公斤力/ 平方厘米(即為冷壓壓力的1/10 )就可; 二是加壓和加熱在同一道工序進(jìn)行，經(jīng)短時間的燒結(jié)就能得到致密的燒結(jié)體。

玻璃成型用模具

由于石墨材料具有化學(xué)穩(wěn)定性，不易受熔融玻璃的浸潤，不會改變玻璃的成分，石墨材料耐熱沖擊性能良好，尺寸隨溫度變化小等特點，所以近年來在玻璃制造中成為不可缺少的模具材料，可以用它來制造玻璃管，彎管，漏斗及其它各種異型玻璃瓶的鑄模。

燒結(jié)模及其它金剛石燒結(jié)模具

利用人造石墨材料熱變形極小的特點，可制造晶體管的燒結(jié)模具和支架，現(xiàn)已廣泛使用，它已成為發(fā)展半導(dǎo)體工業(yè)不可缺少的材料。此外，石墨模具也使用于鑄鐵用的鑄型，各種有色金屬用的耐久性鑄模，鑄鋼用鑄型，耐熱金屬(鈦，鋯，鉬等)用的鑄型及焊鋼軌用的鋁熱焊型的鑄型等。熱壓燒結(jié)金剛石工具用石墨模具,在金剛石工具制造過程中擔(dān)負(fù)著發(fā)熱元件和模具支撐的雙重作用,石墨模具質(zhì)量的優(yōu)劣,直接影響到金剛石工具的尺寸精度、外觀形狀等。熱壓燒結(jié)工藝要求:溫度達(dá)到(1 000±2)℃,成型壓力16~50 MPa,保溫保壓時間為15~30 min,環(huán)境為非真空狀態(tài)。在此工況條件下,既要求成型及發(fā)熱元件的石墨模具具有導(dǎo)電性、較高的電阻率、足夠的機械強度,還需要其具有良好的抗氧化性能和較長的使用壽命,以確保金剛石工具的尺寸精度和優(yōu)異性能。目前,西方發(fā)達(dá)國家金剛石工具制造用石墨模具材料,主要為超細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)、高純度和高石墨化度的石墨材料,要求其平均粒徑小于15μm,甚至10μm以下,中等氣孔尺寸小于2μm。用此炭素原料做成的石墨模具,氣孔率小、結(jié)構(gòu)致密、表面光潔度高、抗氧化性較強,平均使用壽命可達(dá)30~40次。金剛石模具要求材質(zhì)硬度高，抗氧化性能好，加工精度高等特點，采用優(yōu)質(zhì)石墨原材料大大延長了模具使用壽命和提高了抗氧化性能。

折疊編輯本段電火花加工
模具在家電、汽車、機電、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域日益成為工業(yè)化批量生產(chǎn)的主要工藝設(shè)備，承擔(dān)了這些工業(yè)中60%-90%的產(chǎn)品零部件的加工生產(chǎn)。近年來高速銑削突破了傳統(tǒng)銑削難以加工高硬、高強、高韌模具材料的限制。但電火花加工具有加工精度和表面質(zhì)量高，可加工范圍寬，特別是在復(fù)雜、精密、薄壁、窄縫、高硬材料的模具型腔加工中的優(yōu)勢是高速銑削所不能比擬的，因此放電加工將仍然是模具型腔加工的主要手段。由于石墨電極(與銅相比)有電極消耗少、放電加工速度快、機械加工性能好、重量輕、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)越性，逐漸代替銅電極成為電加工電極的主流。 石墨電極與銅相比，有著消耗少、放電速度快、重量輕以及熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)越性，因此逐漸代替銅電極成為放電加工電極的主流。相比之下，石墨電極材料具有以下優(yōu)勢:

速度快:石墨放電比銅快2-3倍，材料不易變形，在薄筋電極的加工上優(yōu)勢明顯，銅的軟化點在1000度左右，容易因受熱而產(chǎn)生變形，石墨的升華溫度為3650度左右，相比而言，石墨材料熱膨脹系數(shù)只有銅材的1/30;
重量輕:石墨的密度只有銅的1/5，大型電極進(jìn)行放電加工時，能有效降低機床(EDM)的負(fù)擔(dān)，更適用于大型模具的應(yīng)用;
損耗小:由于火花油中含有C原子，在放電加工時，高溫導(dǎo)致火花油中的C原子被分解出來，而在石墨電極的表面形成保護膜，補償了石墨電極的損耗;
無毛刺:銅電極在加工結(jié)束后，還需手工進(jìn)行去除毛刺，而石墨加工后沒有毛刺，這不但節(jié)約了大量的成本和人力，同時更容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn);
易拋光:由于石墨的切削阻力只有銅材的1/5，操作上更容易進(jìn)行手工研磨和拋光;
成本低:由于近幾年銅材價格不斷上漲，如今，各方面同性石墨的價格比銅的更低;相同體積下石墨產(chǎn)品的價格比銅低百分之三十到六十，價格比較穩(wěn)定，短期價格波動相對來講比較小。
折疊編輯本段加工工藝
首先它由模具設(shè)計人員根據(jù)產(chǎn)品(零件)的使用要求，把模具結(jié)構(gòu)設(shè)計出來，繪出圖紙再由技術(shù)工人按圖紙要求通過各種機械的加工(如車床、刨床、銑床、磨床、電火花、線切割等各種設(shè)備)做好模具上的每個零件，然后組裝調(diào)試，直到能生產(chǎn)出合格的的產(chǎn)品。

折疊編輯本段現(xiàn)狀與發(fā)展
如今石墨模具工業(yè)對人類的生活及發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，許多產(chǎn)業(yè)部門(如機電、汽車、家電輕工、電器儀表、通訊、軍械等)的發(fā)展依賴于模具工業(yè)的技術(shù)提高和發(fā)展，世界各國均投入大量的人力財力發(fā)展石墨模具工業(yè)。像德國的西格里、日本的東洋碳素 在國際石墨模具工業(yè)領(lǐng)域中取得了主導(dǎo)地位。我國對模具工業(yè)的發(fā)展也十分重視，模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，因為模具在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。從1997年我國有關(guān)部門開始重視和支持對石墨模具工業(yè)的發(fā)展，大力扶植中國本土企業(yè)在石墨模具工業(yè)上的發(fā)展，如今已經(jīng)取得了不錯的成績，并為中國的出口外匯收入做出了貢獻(xiàn)。針對未來模具行業(yè)的發(fā)展趨勢，誰能在最短的時間里完成模具的制作，誰就贏得了客戶，贏得了市場。石墨模具(石墨電極)以其各方面優(yōu)越的性能，已經(jīng)在模具行業(yè)中確立了重要的主導(dǎo)地位及未來的發(fā)展趨勢。