石墨模具

近年模具行業飛速發展，石墨材料、新工藝和不斷增加的模具工廠不斷衝擊著模具市場，石墨以其良好的物理和化學性能逐漸成為模具製作的首選材料。

基本介紹

• 中文名：石墨模具
• 外文名：Graphite Mould
• 別稱：聚興石墨模具

石墨模具簡介

模具是工業生產中使用極為廣泛的基礎工藝裝備，模具工業是國民經濟的基礎工業。在現代工業生產中，產品零件廣泛採用衝壓、鍛壓成形、壓鑄成形、擠壓成形、塑膠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品要求的零件。我們日常生產、生活中所使用到的各種工具和產品，大到工具機的底座、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係。模具的形狀決定著這些產品的外形，模具的加工質量與精度也就決定著這些產品的質量。近年模具行業飛速發展，石墨材料、新工藝和不斷增加的模具工廠不斷衝擊著模具市場，石墨以其良好的物理和化學性能逐漸成為模具製作的首選材料。

石墨模具

優良性能

1.優良的導熱及導電性能　2.線膨脹係數低等很好的熱穩定性能及抗加熱衝擊性　3.耐化學腐蝕與多數金屬不易發生反應　4.在高溫下（在多數銅基胎體燒結溫度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.易於加工，機械加工性能好，可以製作成形狀複雜、精度高的模具

石墨模具

套用

目前，石墨模具主要在以下幾個方面得到了廣泛的套用：

有色金屬連續鑄造及半連續鑄造用石墨模具

近年來，國內外正在推廣由熔融金屬狀態直接連續（或半連續的）製造棒材或管材等先進的生產方法。國內在銅，銅合金，鋁，鋁合金等方面已開始採用這種方法。人造石墨作為有色金屬的連續鑄造或半連續鑄造用模具被認為是最合適的材料。生產實踐證明，由於採用了石墨模具，因其導熱性能良好（導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，而且由於鑄錠的尺寸精確，表面光滑，結晶組織均勻，可直接進行下道工序的加工。這不僅大大提高了成品率，減少了廢品損失，而且產品質量也有大幅度的提高。連續鑄造方法有立式連續鑄造法和臥式連續鑄造法兩種。

加壓鑄造用模具

人造石墨材料已成功地用於有色金屬的加壓鑄造上。例如，用人造石墨材料製造的加壓鑄造用模具生產的鋅合金和銅合金的鑄件已用於汽車零件等方面。

離心鑄造用石墨模具

石墨模已成功套用於離心鑄造上。美國已採用壁厚為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，可採取一定的防氧化措施。澆鑄一定數量的鑄件後，如果發現鑄模內表面燒損，可以將鑄模內孔的尺寸擴大以便用來鑄造大規格套管。

熱壓壓模 模具

人造石墨熱壓壓模用於硬質合金的加壓燒結方面具有下述特點：　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行，經短時間的燒結就能得到緻密的燒結體。

玻璃成型用模具

由於石墨材料具有化學穩定性，不易受熔融玻璃的浸潤，不會改變玻璃的成分，石墨材料耐熱衝擊性能良好，尺寸隨溫度變化小等特點，所以近年來在玻璃製造中成為不可缺少的模具材料，可以用它來製造玻璃管，彎管，漏斗及其它各種異型玻璃瓶的鑄模。

燒結模及其它金剛石燒結模具

利用人造石墨材料熱變形極小的特點，可製造電晶體的燒結模具和支架，現已廣泛使用，它已成為發展半導體工業不可缺少的材料。此外，石墨模具也使用於鑄鐵用的鑄型，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。熱壓燒結金剛石工具用石墨模具,在金剛石工具製造過程中擔負著發熱元件和模具支撐的雙重作用,石墨模具質量的優劣,直接影響到金剛石工具的尺寸精度、外觀形狀等。熱壓燒結工藝要求:溫度達到(1 000±2)℃,成型壓力16～50 MPa,保溫保壓時間為15～30 min,環境為非真空狀態。在此工況條件下,既要求成型及發熱元件的石墨模具具有導電性、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異性能。目前,西方已開發國家金剛石工具製造用石墨模具材料,主要為超細顆粒結構、高純度和高石墨化度的石墨材料,要求其平均粒徑小於15μm,甚至10μm以下,中等氣孔尺寸小於2μm。用此炭素原料做成的石墨模具,氣孔率小、結構緻密、表面光潔度高、抗氧化性較強,平均使用壽命可達30～40次。金剛石模具要求材質硬度高，抗氧化性能好，加工精度高等特點，採用優質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。

電火花加工

模具在家電、汽車、機電、航空航天等工業領域日益成為工業化批量生產的主要工藝設備，承擔了這些工業中60%-90%的產品零部件的加工生產。近年來高速銑削突破了傳統銑削難以加工高硬、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量高，可加工範圍寬，特別是在複雜、精密、薄壁、窄縫、高硬材料的模具型腔加工中的優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。由於石墨電極(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、熱膨脹係數小等優越性，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、重量輕以及熱膨脹係數小等優越性，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勢明顯，銅的軟化點在1000度左右，容易因受熱而產生變形，石墨的升華溫度為3650度左右，相比而言，石墨材料熱膨脹係數只有銅材的1/30；
  
• 重量輕：石墨的密度只有銅的1/5，大型電極進行放電加工時，能有效降低工具機(EDM)的負擔，更適用於大型模具的套用；
  
• 損耗小：由於火花油中含有C原子，在放電加工時，高溫導致火花油中的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：銅電極在加工結束後，還需手工進行去除毛刺，而石墨加工後沒有毛刺，這不但節約了大量的成本和人力，同時更容易實現自動化生產；
  
• 易拋光：由於石墨的切削阻力只有銅材的1/5，操作上更容易進行手工研磨和拋光；
  
• 成本低：由於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；相同體積下石墨產品的價格比銅低百分之三十到六十，價格比較穩定，短期價格波動相對來講比較小。
  

加工工藝

首先它由模具設計人員根據產品（零件）的使用要求，把模具結構設計出來，繪出圖紙再由技術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、線切割等各種設備）做好模具上的每個零件，然後組裝調試，直到能生產出合格的的產品。

現狀與發展

如今石墨模具工業對人類的生活及發展起著至關重要的作用，許多產業部門(如機電、汽車、家電輕工、電器儀表、通訊、軍械等)的發展依賴於模具工業的技術提高和發展，世界各國均投入大量的人力財力發展石墨模具工業。像德國的西格里、日本的東洋碳素 在國際石墨模具工業領域中取得了主導地位。我國對模具工業的發展也十分重視，模具生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家產品製造水平高低的重要標誌，因為模具在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發能力。從1997年我國有關部門開始重視和支持對石墨模具工業的發展，大力扶植中國本土企業在石墨模具工業上的發展，如今已經取得了不錯的成績，並為中國的出口外匯收入做出了貢獻。針對未來模具行業的發展趨勢，誰能在最短的時間裡完成模具的製作，誰就贏得了客戶，贏得了市場。石墨模具（石墨電極）以其各方面優越的性能，已經在模具行業中確立了重要的主導地位及未來的發展趨勢。