超高速电极加工

尽管在模具制造企业Sovinec内部已经讨论过投资新的铣削中心，但这家来自德国下萨克森州Dinklage的模具制造商仍在寻求进一步显著提升电极制造效率的途径。

公司每年自主开发并制造约60套模具，单套重量最高可达4.5吨。除此之外，Sovinec还提供相关制造工艺的外协服务，包括铣削、车削、磨削、电火花加工、线切割，以及钻削。此外，其服务范围还包括3D激光雕刻以及电极制造。而电极制造业务近期正是其进行系统性工艺优化的重点领域。

电极制造瓶颈亟待解决

在Sovinec，品牌为OPS Ingersoll Speed Hawk 550的加工中心在电极生产中被24小时满负荷占用。机器甚至需要在周末继续运行，或不得不外包给外部服务商处理。“在考虑再购置一台机床之前，我们当然会先寻找其他方式来提升效率。”负责生产与装配的Thomas Windhaus表示，“我们多年一直使用同样的刀具，也来自相同的供应商。因此我们开始思考，是否如今已经出现了新的技术进展。”

Hufschmied 的石墨刀具凭借其特殊几何设计，专门针对这一加工特性进行了优化

Windhaus及其团队展开调研，试图了解外协服务商使用的精密刀具，并最终向三家制造商发出了询问。其中一家——来自施瓦本地区的Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH——在与其他电极制造商的交流中曾被顺带提及，被认为拥有加工速度更快的刀具。

随后，三家供应商都进行了前期技术交流，并以现有电极作为加工测试任务。“我已经多次尝试预约与Sovinec 的会面。”Hufschmied技术销售人员Jan Kirsch回忆道，“这一次时机终于成熟，我的同事也起到了关键作用。”

应用技术工程师Andreas Greifenstein对Hufschmied的石墨加工刀具极为熟悉，并精通所有主流CAM系统。在与另外两家供应商沟通时，Sovinec团队甚至觉得自身需求没有被真正理解；而Hufschmied的技术方案则表现出极强的说服力，以至于在实地访问中就直接进入了验证阶段。

融合粗加工与精加工

于是，Kirsch与Greifenstein带着Graftor来到Sovinec——这是一种具备特殊几何结构的石墨加工刀具。其专利四刃设计将带齿粗加工刃与推削式精加工刃相结合。由于四个切削刃在推削与拉削作用上的交替布局，使刀尖处径向切削力显著降低，同时提升运行平稳性，从而实现同一刀具完成粗加工与精加工。

Graftor石墨铣刀还采用Hufschmied开发的纳米晶金刚石涂层，能够抵御石墨粉尘的强磨蚀作用，并显著延长刀具寿命。该刀具直径范围为0.5-12mm，可实现最高20m/min 的极高直线进给速度。这类结构的铣刀形状精度极高，达到±0.005µm，并以成品尺寸标识出厂。

其关键优势之一在于：可在高进给与大切深条件下获得高质量精加工表面。在充分利用整个切削刃长度的情况下，可对剩余材料进行直接精加工。Graftor可承受最大ap= 3×D的轴向切深以及ae=0.65×D的侧向切深，因此在精加工阶段能够应对更大的台阶差，从而减少加工工序并降低所需刀具规格数量。由于切削压力较低，还可加工非常细微的结构，例如直径仅0.08mm的锥形针状结构。

石墨是一种脆性材料，本质上并不属于传统意义上的切削加工材料，这一点从机床内不断弥散的石墨粉尘即可看出。振动很容易导致工件损伤，因此在较长悬伸情况下必须降低进给与切深参数。“其他厂家通常只给出参数范围，真正找到合适参数有时就像青少年科研项目一样摸索。”拥有20年经验的编程与机加工专家Maik Lammers 半开玩笑地说，“相比之下，Hufschmied的参数说明非常精确，在共同进行CAM编程时，我们也从中学习到了很多关于Graftor应用的知识，同时也能感受到他们在其他用户工艺优化方面积累的经验。”

“当要优化加工时，机床、材料、刀具与NC程序必须相互匹配，这一点我在Sovinec得到了验证。”Greifenstein 表示。于是，这场刀具展示逐渐演变成一次小型工作坊：Kirsch、Greifenstein与CAM编程人员Lammers、Lars Stukenborg以及René von Hammel一起围坐在屏幕前，共同编制电极加工程序。

“令人惊叹”的速度

在随后进入实际验证阶段后，现场所有人都感到震撼。“Graftor在石墨中的切削速度令人惊叹，而且最终电极的表面质量非常出色。”Lammers 表示。凭借其粗加工与精加工一体化能力，原本需要7把刀具完成的工序，现在仅用3把刀具即可实现。加工时间最多缩短了60%。电极的测量结果也进一步验证了其高质量的视觉与尺寸一致性。同时，刀具寿命的显著延长同样令人印象深刻——这也得益于Hufschmied自主研发并涂覆的金刚石涂层技术。

在Hufschmied专家为期两天的现场支持与多轮铣削测试之后，Sovinec已经明确选择了Hufschmied方案，甚至不再需要引入其他刀具供应商进行评估。原计划在2025年全年逐步完成刀具替换，但由于在复杂肋结构电极等应用中优势过于明显，Sovinec已在2024年底就大规模引入Hufschmied刀具用于电极制造。到2025年底，其石墨加工中已有95%使用Graftor完成。

“我们很高兴电极制造这一瓶颈通过Hufschmied的新刀具得以解决，现在我们能够在正常工作时间内自主完成全部电极生产。”Sovinec负责人Marko Sovinec表示。而下一步的优化或许已经在路上——目前正在测试Hufschmied的硬质材料加工刀具，初步结果同样非常积极。

本文译自德国Form und Werkzeug杂志

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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