电火花加工用工具电极材料的研究进展

一、普通电火花加工用工具电极材料

（1）石墨

    石墨具有良好的导电导热性和可加工性，是电火花加工中广泛使用的工具电极材料。

    石墨有不同的种类，可按石墨粒子的大小、材料的密度和机械与电性能进行分级。其中，细级石墨的粒子和孔隙率较小，机械强度较高，价格也较贵，用于电火花加工时通常电极损耗率较低，但材料去除率相应也要低一些。市场上供应的石墨等级平均粒子大小在20μm以下，选用时主要取决于电极的工作条件（粗加工、半精加工或精加工）以及电极的几何形状。工件加工表面粗糙度与石墨粒子的大小有直接关系，通常粒子平均尺寸在1μm以下的石墨等级专门用于精加工。石墨种类的选择主要取决于具体的电火花加工对材料去除率和电极损耗率哪方面的要求更高。

    与其它电极材料相比，石墨电极可采用大的放电电流进行电火花加工，因而生产率较高；粗加工时电极的损耗率较小，但精加工时电极损耗率增大，加工表面粗糙度较差。石墨电极重量轻，价格低。由于石墨具有高脆性，通常难以用机械加工方法做成薄而细的形状，因此在精细复杂形状电火花加工中的应用受到限制，而采用高速铣削可以较好解决这一问题。

（2）Cu、Cu基合金及Cu基复合材料

    纯Cu（电解铜，俗称紫铜）也是一种常用的电极材料，尤其是加工有色金属材料时，常用电解铜作为工具电极材料。

    Cu的熔点较低，电极损耗率较大，因此需要引入另一种高熔点材料来降低电极损耗率。Cu－W合金兼有Cu的高导热性和W的高熔点、低热胀系数和耐电火花侵蚀能力强的特点，使其成为一种高性能的工具电极材料。Cu－W电极主要用于加工模具钢和WC工件，其中的Cu、W含量比一般为25:75。但由于Cu－W电极的价格比普通的Cu或石墨电极高，因此目前在生产中应用并不多。

    采用电铸方法制备电极时，由于电铸Cu的工艺较为成熟，因此对电铸Cu（包括Cu基复合材料）电极的研究较多。电铸获得的Cu或Cu基复合材料组织致密，可达到较小的晶粒尺寸。研究表明，晶粒细小、组织致密的电极表面由于火花放电时材料熔化抛出而形成的凹坑较小，可使电极损耗率降低。

（3）聚合物复合材料

    采用一种导电热塑性聚合物复合材料作为电极，以空气或水作为工作介质，进行工件表面的电火花加工或抛光。所用电极是由60％～65％的固态碳材料（如细的碳黑粉、石墨粉、石墨片甚至碳纳米管等的混合物）均匀分布在热塑性基体材料（如聚苯乙烯）中制成的，可反复软化并模压成所需几何形状。与石墨电极相比，这种聚合物－碳复合材料电极成本较低，可模压成复杂几何形状，制作速度比铣削加工快得多；同时其密度较低、电阻率较高，因而电极损耗率较高，不过电极在使用过程中可通过重新模压而加以修整。

    该复合材料的组分仍处于研究开发阶段，好的可塑性电极应有低电阻率、高热导率、低热胀系数以及良好的可成形性和在水中的尺寸稳定性，并能耐热循环。