CN102898142B - 一种用于电火花加工的模具石墨材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电火花加工的模具石墨材料的制备方法，将经过煅烧后的沥青焦和人造石墨粉经过破碎，配料，添加20％～35％熔融态的沥青，经过混捏、轧片、等静压成型，生坯在850～1000℃的条件下焙烧600～800h，再采用10％～25％熔融态的专用浸渍沥青高压浸渍，在800～900℃的条件下焙烧300～400h，最后在2400～2800℃条件下石墨化150～230h完成。本发明制备工艺操作简单，成品率高，充分利用资源，节约成本，同时还保持了较高的体积密度和机械强度，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及模具石墨材料制备技术领域，特别是涉及一种用于电火花加工的模具石墨材料的制备方法。
背景技术
用高强度石墨材料加工而成的大规格模具电极，是在电火花精密加工大规格异型工件中必不可少的基础材料。与传统铜电极相比，电火花加工用石墨材料拥有如下优点：
1、更低的材料成本：同体积的石墨价格仅为铜电极的50％；
2、更快的加工速度：机加工速度为铜电极的2～3倍，且加工后没有毛刺；放电加工速度比铜电极快34％～200％；
3、更小的损耗：火花油分解碳化物被覆，补偿电极损耗；
4、更轻的重量：石墨的密度仅为铜的1/5，因此更适合于大型电极的放电；
5、材料不易变形：与铜电极相比，石墨的熔点高达3650摄氏度，在高温状态下不会变形，更适合于加工骨位电极；
6、机加工后没有毛刺，并易于抛光，省却和提高辅助工序；
7、可粘结性：可用粘合剂粘结破损的石墨，以节省时间和材料成本。
正是由于这些优点，电火花加工用石墨材料被越来越多的模具企业所接受和认可，在汽车、电器、电子等大型工件、精密工件、超硬工件、形状复杂的异型工件中越来越广泛应用。
电火花加工用石墨材料的原料粒度小，制品尺寸大，产品性能要求高，生产过程中应力大，生产工艺复杂，技术难度极高。目前，只有为数不多的国家企业掌握了生产工艺，垄断市场。国内企业对该石墨电极的制备方法的研究处于探索阶段，产品还远远不能满足用户的需求。本发明制备工艺操作简单，成品率高，充分利用资源，节约成本，同时还保持了较高的体积密度和机械强度，实用性强。
发明内容
本发明的目的是：提供一种生产用于电火花加工的模具石墨电极材料的制备方法，该方法操作简单，节约资源。
本发明采取的技术方案是：一种用于电火花加工的模具石墨电极材料的制备方法，包括：
①准备原料：原料按重量％，其组成为：粒度为D50＝1～15μm的煅后沥青焦细粉末(一次粉)60％～70％，D50＝1～15μm的人造石墨粉8％～10％，沥青20％～35％；
②混捏：将沥青焦和石墨粉加入到混捏锅中加热搅拌，然后加入熔融态软化点在100～150℃的沥青混捏。熔融沥青温度为150～180℃，混捏的干混时间：50～60min，温度110～140℃；混捏的湿混时间：40～70min，温度140～170℃；
③轧片：糊料出混捏锅后，经过轧辊轧成2mm左右的薄片，冷却后粉碎成300目筛通过率为70％～90％的细粉(二次粉)；
④压型：二次粉装入模具密封，抽真空至10kPa以下，移至冷等静压机中压制成型，压型压力为70～120MPa；
⑤一次焙烧：生坯装入耐热钢桶中，填入2～0.5mm的石英砂或焦粉，钢桶再装入焙烧炉中，在隔绝空气的情况下，按升温曲线逐步加热，在最高温度为850～1000℃条件下进行一次焙烧600～800h；
⑥浸渍：将一次焙烧品放入高压浸渍罐中，在保持真空和加压的状态下注入浸渍剂沥青，使沥青浸入一次焙烧品中，沥青在一次焙烧品的增重比为10％～25％，预热温度220～280℃，浸渍罐真空压力低于5kPa，抽真空时间1h，加压压力1.5～3MPa，加压时间3～5h；
⑦二次焙烧：将浸渍品放入焙烧炉中，在隔绝空气的情况下，按升温曲线逐步加热，在最高温度750～800℃条件下二次焙烧190～220h；一次浸渍品在800～900℃条件下二次焙烧300～400h；
⑧石墨化：将二次焙烧品放入艾奇逊石墨化炉中，在隔绝空气的情况下，通电使焙烧品加热到2400～2800℃进行石墨化，送电时间150～220h，制造出用于电火花加工的模具石墨电极材料。
步骤①中煅烧后沥青焦颗粒度在D50＝1～15μm，并且添加了8％～10％的D50＝1～15μm的人造石墨粉。
步骤①中煅后沥青焦粉末重量为60％～70％，人造石墨粉重量为8％～10％，沥青重量为20％～35％。
本发明制备的石墨电极的理化指标是：
| 体积密度 | 1.60～1.85g/cm3 |
| 电阻率 | Max17μΩm |
| 抗折强度 | Min40MPa |
| 抗压强度 | Min80MPa |
| 肖氏硬度 | Min50 |
本发明的有益效果是：制备工艺流程简单，比传统的“二次浸渍三次焙烧”少了“一次浸渍和一次焙烧”，减少了生产周期，成品率高，充分利用资源，节约成本，具有较高的体积密度和机械强度，实用性强。
附图说明
图1是电火花加工的模具石墨材料的制备工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
产品制备方法：
将粒度为D50＝15μm的煅后沥青焦细粉末(一次粉)6.5吨，D50＝15μm的人造石墨粉0.9吨，与2.4吨熔融态沥青混合，轧片冷却后磨粉，然后用冷等静压机压成370×750×1300mm方块，在950℃条件下焙烧700h，再采用2吨熔融态沥青浸渍5h，在850℃条件下二次焙烧350h，最后在2500℃提纯石墨化210h，高纯石墨电极产量为10.2吨。
产品理化指标：
| 规格尺寸 | 320×700×1200mm |
| 体积密度 | 1.78g/cm3 |
| 电阻率 | 13.2μΩm |
| 抗折强度 | 45MPa |
| 抗压强度 | 83MPa |
| 肖氏硬度 | 55 |
实施例2
产品制备方法：
将粒度为D50＝10μm的煅后沥青焦细粉末(一次粉)6.2吨，D50＝10μm的人造石墨粉0.9吨，与2.6吨熔融态沥青混合，轧片冷却后磨粉，然后用冷等静压机压成250×750×1300mm方块，在950℃条件下焙烧700h，再采用2吨熔融态沥青浸渍5h，在850℃条件下二次焙烧350h，最后在2500℃提纯石墨化210h，高纯石墨电极产量为10吨。
产品理化指标：
| 规格尺寸 | 220×700×1200mm |
| 体积密度 | 1.78g/cm3 |
| 电阻率 | 13.2μΩm |
| 抗折强度 | 51MPa |
| 抗压强度 | 92MPa |
| 肖氏硬度 | 59 |
实施例3
产品制备方法：
将粒度为D50＝5μm的煅后沥青焦细粉末(一次粉)6吨，D50＝5μm的人造石墨粉0.8吨，与3.2吨熔融态沥青混合，轧片冷却后磨粉，然后用冷等静压机压成250×750×1300mm方块，在950℃条件下焙烧700h，再采用2.4吨熔融态沥青浸渍5h，在850℃条件下二次焙烧350h，最后在2500℃提纯石墨化220h，高纯石墨电极产量为9.9吨。
产品理化指标：
| 规格尺寸 | 220×700×1200mm |
| 体积密度 | 1.80g/cm3 |
| 电阻率 | 15.8μΩm |
| 抗折强度 | 60MPa |
| 抗压强度 | 110MPa |
| 肖氏硬度 | 65 |
Claims (3)
1.一种用于电火花加工的模具石墨材料的制备方法，包括：
①准备原料：原料按重量％，其组成为：粒度为D50＝1～15μm的煅后沥青焦粉末，即一次粉60％～70％，D50＝1～15μm的人造石墨粉8％～10％，沥青20％～32％；
②混捏：将沥青焦和石墨粉加入到混捏锅中加热搅拌，然后加入熔融态软化点在100～150℃的沥青混捏；熔融沥青温度为150～180℃，混捏的干混时间：50～60min，温度110～140℃；混捏的湿混时间：40～70min，温度140～170℃；
③轧片：糊料出混捏锅后，经过轧辊轧成2mm的薄片，冷却后粉碎成300目筛通过率为70％～90％的细粉，即二次粉；
④压型：二次粉装入模具密封，抽真空至10kPa以下，移至冷等静压机中压制成型，压型压力为70～120MPa；
⑤一次焙烧：生坯装入耐热钢桶中，填入2～0.5mm的石英砂或焦粉，钢桶再装入焙烧炉中，在隔绝空气的情况下，按升温曲线逐步加热，在最高温度为850～1000℃条件下进行一次焙烧600～800h；
⑥浸渍：将一次焙烧品放入高压浸渍罐中，在保持真空和加压的状态下注入浸渍剂沥青，使沥青浸入一次焙烧品中，沥青在一次焙烧品的增重比为10％～25％，预热温度220～280℃，浸渍罐真空压力低于5kPa，抽真空时间1h，加压压力1.5～3MPa，加压时间3～5h；
⑦二次焙烧：将浸渍品放入焙烧炉中，在隔绝空气的情况下，按升温曲线逐步加热，在温度750～800℃条件下焙烧190～220h；然后继续升温，一次浸渍品在800～900℃条件下二次焙烧300～400h；
⑧石墨化：将二次焙烧品放入艾奇逊石墨化炉中，在隔绝空气的情况下，通电使焙烧品加热到2400～2800℃进行石墨化，送电时间150～220h，制造出用于电火花加工的模具石墨材料。
2.根据权利要求1所述的用于电火花加工的模具石墨材料的制备方法，其特征在于：步骤①中煅后沥青焦颗粒度为D50＝5μm，重量比为60％；人造石墨粉颗粒度为D50＝5μm，重量比为8％。
3.根据权利要求1所述的用于电火花加工的模具石墨材料的制备方法，其特征在于：步骤①中煅后沥青焦粉末重量为60％～70％，人造石墨粉重量为8％～10％，沥青重量为20％～32％；步骤⑤中焙烧温度950℃，时间700h；步骤⑥中加压时间5h；步骤⑦中焙烧温度850℃，时间350h；步骤⑧中石墨化温度2500℃，时间为210-220h。
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Address after: Jin Yong road 300180 Tianjin City Hedong District No. 174 building 201 Patentee after: TIANJIN KIMWAN CARBON TECHNOLOGY AND DEVELOPMENT CO.,LTD. Address before: Nine weft road 300171 Tianjin City Hedong District No. 103 building 11 layer Manhattan Patentee before: TIANJIN KIMWAN CARBON TECHNOLOGY AND DEVELOPMENT CO.,LTD. |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180507 Address after: 301505 west side of Fukang Road, Lutai Economic Development Zone, Tangshan City, Hebei Patentee after: TANGSHAN KIMWAN SPECIAL CARBON&GRAPHITE Co.,Ltd. Address before: 300180 R & D building 174, Jintang Road, Hedong District, Tianjin 201 Patentee before: TIANJIN KIMWAN CARBON TECHNOLOGY AND DEVELOPMENT CO.,LTD. |
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Denomination of invention: A preparation method of mold graphite material for electrical discharge machining Granted publication date: 20141126 Pledgee: Tangshan Branch of China Postal Savings Bank Co.,Ltd. Pledgor: TANGSHAN KIMWAN SPECIAL CARBON&GRAPHITE Co.,Ltd. Registration number: Y2024980008260 |