设备技术 > 正文

 
 摘要  本文介绍了德国西格里集团的林斯道夫碳素公司、德国逊克集团的埃贝碳素公司与法国罗兰碳素公司电火花加工用石墨的生产与研究。重点叙述了电火花加工用石墨的发展、产品、工艺及应用。
 
1.前言
德、法两个国家是世界上从事电火花加工用石墨生产与研究最有实力、生产工艺最为先进、质量最为优异、品牌最著名的四个国家中的两个,主要的代表企业就是德国西格里集团的林斯道夫碳素公司与法国的罗兰碳素公司（现为美尔森集团）,它们都非常重视电火花加工用石墨生产与研究，在这个领域中取得了很多的业绩，其中有一些很值得人们去思考与学习 。
2.德国的EDM用石墨
德国是较早开发成功EDM用石墨的国家，它拥有世界最先进的生产工艺，石墨质量优异，生产实力雄厚,是当今世界EDM用石墨生产与研制最著名的四个国家之一。国内从事EDM用石墨的企业不多，仅有几家，它们是西格里集团的林斯道夫碳素公司、逊克集团的埃贝碳素公司、康拉迪碳素公司等。
2.1 德国西格里集团林斯道夫碳素公司 
该公司对EDM用石墨的开发，不仅在国内，而且在世界上其声望也是很高。它生产的EDM用石墨质量最为优异、实力最雄厚，而且是在应用、开发方面最肯下功夫的著名企业。远在上世纪70年代，为了拓展自已的产品与提高EDM用石墨的质量与工艺水平，德国林斯道夫碳素公司曾耗资150万马克购置了一台总吨位12500t、使用单位压力最大可达200MPa、工作缸内径φ900×2000mm的大型等静压机，十年后，向瑞典AＳＥA公司又花费160万马克购置了一台质量更好、尺寸约为φ1000×2500mm的大型等静压机[1]。另外,为了满足电火花加工行业的发展与提高自身市场的竞争力，西格里长期以来，在对传统EDM用石墨产品进行了不断改进的同时，更着重于新产品、新技术的开发工作，因而取得了较为出色的业绩，具体表现如下：
2.1.1品种不断更新与增加
70、80年代四种常用的EK82、EK85、EK86与EK88 型EDM用石墨，在90年代初，该集团新版的EDM用石墨产品样本中仅保留了EK82，但改名为R8340，之外推出了 R8500X 、R8500、R8650三种新型EDM用石墨。90年代末，又展示了新研制成功的R8510与R8710型EDM用石墨。
2.1.2素材粒度越来越细
要全面满足电火花加工行业的发展要求，即更快的加工速度、更光滑的加工表面与更低的石墨磨耗，就必须开发新的产品与提高现用工艺的水平。工艺的改进，主要是在石墨素材粒度的细化上下功夫，在这方面西格里集团进行了大量的工作，取得了明显的实效，由70、80年代EDM用石墨素材粒度的10-40μm改善到90年代初的5-15μm，近期又推出了石墨素材粒度为3μm的R8710型EDM用石墨。EDM用石墨素材粒度的变化见表1。
表1   新、老型号EDM用石墨素材粒度对比

 2.1.3 性能逐渐取得优化
从新、老产品性能的对比中，也可清晰地看到，新的六种型号EDM用石墨的性能有很大的提高，特别是石墨的机械强度，如EK82型EDM用石墨，由于粒度变细，抗折强度从30MPa增加到45MPa，其它性能的变化，见表2-3。 
表2  老的EDM用石墨的型号与性能[2]

 表3  新的EDM用石墨的型号与性能[3]

 2.1.4规格趋向大型化
为满足科技的发展与用户的需要，该公司在EDM用石墨的大型化方面也做了大量的工作。近悉[3]，该公司目前已能生产直径1250ｍｍ的等静压石墨，可供电火花模具用。
2.1.5 产量不断增加
为适应市场对EDM用石墨不断增长的趋向，公司于2007年7月与山西省泉海碳素有限责任公司合资建立了西格里泉海碳素（山西）有限公司[4]，新公司注册资金4800万元，德方出资3600万元，占75%。这将在战略上支持西格里集团提高等静压石墨的产能，从每年3000t产能，提高到5000 t产能。 而等静压石墨，一般地说，用于电火花加工的份额要占30%，这也反映该公司对EDM用石墨生产的高度重视，也为更好地服务于中国，提高自身竞争力而采取的积极、有效的行动。近悉，该集团于2010年8月24日宣布[5]，将在未来3年内投资约7500万欧元，将等静压石墨的产能从目前的5000 t增加到15000t，以支持太阳能等客户业务增长的需求。该产品的扩能将进一步巩固德国领先的全球市埸地位，同样也为满足EDM用石墨市场的发展奠定了良好的基础。
2.1.6应用日益完善
该公司对应用领域方面的研究很重视，对产品各种型号与应用好坏的因果关系进行不断的探索与研究，并取得了成果，如R8650等5种型号在不同的材料去除参数下，与相对消耗的因果关系，不仅仅做了粗加工，还做了精加工的科学实验，所取得的经验图表曲线，刊登在产品样本中，这为方便用户选用提供了可靠的依据，同时也为产品的应用推荐有了可能。其产品的应用推荐见表4。
表4  德国西格里EDM用石墨产品的应用推荐
 
2.2德国逊克集团的埃贝碳素公司
  该公司EDM用石墨在国际上也有一定的声望。它的EDM用石墨品种、质量、工艺、装备以及应用领域的拓展都达到世界一流水平，在西欧市场上已成为西格里集团林斯道夫碳素公司的主要竞争对手。该公司在中国深圳建立了合资公司至少也有十多年了，EDM用石墨给用户的影响还是不错的。
2.2.1产品的型号
型号共有五种，它们分别是FE709、 FE719、 FE729、 FE769和 FE779。这些石墨全都采用等静压工艺，并经石墨化的，拥有较好的各向同性。型号的标识为：FE709中的FE，是代表电化石墨，70为编号，9代表等静压工艺[6]。
 2.2.2.产品的性能
从结构上看,有粗、细之分，而最致密的型号是FE779，其采用的原材料粒度特细，粒径为3μm；.在强度与硬度方面，型号之间差异较大，如FE709其抗折强度、抗压强度、洛氏硬度为最低，其值分别为32 MPa、75 MPa、80 （H5/40），而FE779为最高，其值则分别为95 MPa、175 MPa与115 （H5/40），而在气孔率与电阻率方面，型号之间差异较小，前者在10-13，后者在15-19。各产品的具体性能见表5。 需要指出的是，该公司与林斯道夫公司洛氏硬度的测定，在载荷上不同，前者为40，后者为100，因此反映在数值上就不同。
2. 2.3产品的规格
FE709有17种，最大为620×500×275ｍｍ ；FE719有8种，最大为1200×550×260ｍｍ；FE729与 FE769各有8种，最大为1180×460×260ｍｍ；FE779只有2种，为320×160×75ｍｍ与600×150×75ｍｍ。


表5    德国逊克EDM用石墨的型号与性能[7]
 
3.法国的EDM用石墨
3.1 概况
法国罗兰集团（现为美尔森集团）[8-9]在开发EDM用石墨方面，无论是生产的规模、产品的质量与应用的拓展，都是国际上声望很高的企业。远在上世纪70年代初，它就在中国做了大量的宣传与技术交流工作[10]，如在北京展出了九种EDM用石墨产品（其中三种是浸铜石墨产品），并召开了EDM用石墨等碳石墨产品专题技术交流会。据悉，公司很早就在北京与上海设立了办事处，在深圳成立了深圳卡朋罗兰碳制品有限公司，1998年在上海建成了上海卡朋罗兰化工碳制品有限公司[11]。之后在昆山分别建立了法国卡朋罗兰密封材料（昆山）有限公司与法国罗兰先进石墨（昆山）有限公司[12]。2005年，法国罗兰碳素集团又投资2.4亿元并于2007年10月在重庆建成与投产了一个独资、年产5000吨等静压石墨的工厂——法国罗兰石墨（重庆）有限公司[12]，无疑它为法国的EDM用石墨开发与应用奠定了良好的基础，也为该公司EDM用石墨产品在国际市场竞争中增加了实力。
3.2 工艺与装备
最早，法国罗兰的EDM用石墨与其它国家差不多，不采用等静压石墨生产，这可从上世纪70年代初所提供的技术交流资料中得知。后来，约在上世纪70年代末，从该公司的一份报告中获悉，公司已拥有可在75MPa气压、常温下压制φ800×1200mm石墨部件的大型等静压机[13]，估计其工作缸内径不会少于φ900mm，这为以后采用等静压工艺来改进电火花加工用石墨质量，特别是应用质量，奠定了良好的基础（目前EDM用石墨完全采用EDM用石墨工艺生产）。上世纪90年代初，罗兰收购了北美碳素圣马利（S.Y.Marry）石墨材料部[14]，这为法国罗兰的EDM用石墨的加快发展起到了积极的推动作用。据考察[14]，该部主要是生产等静压成型大制品，年产碳石墨毛坯2500t，其中98%为等静压石墨，自称1962年开发成功等静压石墨，是世界最早生产等静压石墨的企业，具有丰富的生产经验。产品主要用于电火花加工、半导体用石墨、机械密封材料、宇航用材料等。该部EDM用石墨大部销往北美、欧洲、澳大利亚等，EDM用石墨生产占工厂很大比例。等静压机是用水为介质，橡胶模具最大的直径为50英寸（合φ1.25m）,高度约为1.80 m。参观时正在压大型等静压石墨，规格为400×600×1800 mm,两人从制品对侧由上往下剥胶模，产品外形十分规整，现场还有一次压三件φ400 mm×1800 mm制品的钢模框，呈品字形排列，中下部是用钢板相互焊接在一起，钢模框钻进油孔，孔径约为10mm,孔距约150 mm。橡胶模具使用寿命200-300次，制品压出后，直接吊装进专用铁坩埚中。铁坩埚材料厚约10 mm,沿高度方向每250 mm左右用角钢焊接一圈加固以防变形，使用寿命为10-12次。装出炉采用风送填料，填料是0.5mm筛下焦碳料。 等静压石墨配料粒度一般为10μm ，最细4μm,一般不超过44μm ，压型时，料粉要振实以排除空气。
另外，在新建的法国罗兰石墨（重庆）有限公司安装了一台中国四川川西机械厂生产的特大型等静压机，工作缸内径为φ2150mm，高为4700 mm [15-17] 。这种压机不仅使生产φ1500 mm的石墨成为可能 ，同时还可大大增加产能。
 3.3产品的型号与性能
  前期的产品型号为ELLOR系列，后改为Ｅ系列，其性能参数见表6。
表6  法国罗兰碳素公司EDM用石墨的型号与性能
 
3.4 应用
    应该看到，法国罗兰碳素集团通过全面市场调研，摸清中国市场特点，即在要质量的同时，也要注重价格，从而推出五种不同型号的EDM用石墨产品，其中Ｅ+25型EDM用石墨电极性价比最合理，它的主要特点：
3.4.1硬度在同类产品中相对较低，有利于机械加工。
3.4.2价格在同类产品中相对较低（指同类进口产品）。
3.4.3应用范围广，粗打、精打、高速度打都合适。
3.4.4针对广大塑料模生产商所开发，比较符合目前中国市场的现状。
    另外，对其它型号产品的应用也提供了推荐，见表7。
表7  法国罗兰碳素集团EDM用石墨产品的应用推荐[18]
 
4.小结
　  综上所述，德、法两国电火花加工用石墨的生产已有几十年的发展历史，从它们的产品系列与品种的不断完善、生产工艺的改进、装备水平的提高、应用服务质量的提升等方面来看，都积累了相当丰富的经验，可供参考。

参 考 文 献
[1]〈碳技术〉考察组，《赴西德、英国、奥地利碳技术考察报告》，1981.06.
[2]冯勇祥，“德国西格里（SGL）集团特种石墨的发展概况”，《电碳》，2002，（1）：7-17
[3]西格里碳素集团，《特种石墨-机械用材料与制品样本》，1999.12.
[4]顾定槐等，“西格里（SGL）集团在中国：十年'专注’ 成就卓越”，《中国化工报》，2008.11.04.
[5]陈鸿应，“西格里扩大等静压石墨产能”，《中国化工报》，2010.08.27.
[6]冯勇祥，“德国逊克公司电火花用石墨的特征”，《电碳信息报》，2003.
[7]冯洁等，“美、德、法、俄、波冷等静压各向同性石墨的发展”，《炭素技术》，2005，（1）：32-36
[8]刘全昌，“扎根中国 共同成长——卡朋罗兰集团更名美尔森集团全新启程”，《中国化工报》，2010.05.27.
[9]钱敏，“骄人业绩从何而来”，《中国化工报》，2010.09.15.
[10]哈尔滨电碳研究所技术情报室，法国罗兰碳素公司的特种碳素和石墨制品“电火花机械加工石墨”，《1974年法国工业展览会技术座谈资料》，1975.09.
[11]上海卡朋罗兰化工设备有限公司，“十年历程”，《全面腐蚀控制》，2008，（4）：4-5
[12]法国罗兰集团,《光伏产品专用碳制品产品说明书》,2009.06.
[13]纪长远,“国外公司介绍——法国罗兰碳素公司：研究与发展，方法与
 成就”,《碳素译丛》,1981,（6）:1-5
[14]东新电碳股份有限公司，《赴法国罗兰公司考察报告》，1994.10.
[15]苏启晖，“国内等静压石墨研究与生产现状和发展趋势”，《石墨碳素商情》，2010.10：23-27
[16]“国际国内等静压石墨生产简况”，《电碳活页》，2010，（1-2）：1-7
[17]“冷等静压机核心部件在二重制成”，《中国冶金报》，2006.05.11.
[18]法国罗兰碳素集团,“高温石墨材料”,该公司产品样本,2002.