石墨作为电火花加工（Electrical Discharge Ma- chining  ，简称 EDM）电极材料  ，以其易加工修整、重量轻、放电效率高、热膨胀系数小、损耗小、不易拉弧等优点  ，在模具行业已得到越来越广泛的应用[1] 。为降低机床负荷和人工调整工艺装备难度  ，大型电极更适宜采用石墨材料 。 大型电极  ，若使用紫铜则重量较大  ，通常要分拆开为小电极  ，但有的因精准度也要求很高而不宜分拆；若工件较小  ，可把工件固定在机械头上  ，电极固定在机台上  ，反“极性”加工 。  若以上条件不具备时只能使用石墨电极 。
现代塑料模具型腔具有越来越大的趋势  ，型腔数量也越来越多  ，石墨因其比重轻  ，不但更适合于制作大型工具电极  ，而且能设计加工成大型组合电极 。

电火花加工也具有局限性  ，最突出的是加工速度较慢和存在电极损耗[2]  ，从而影响加工的效率和质量 。 为提高电火花加工的效率和质量  ，应研发并使用大型壳形石墨工具电极 。
所谓壳形工具电极  ，就是把工具电极设计加工成为薄壳形状 。 壳形石墨工具电极具有很多优点  ， 如减轻电极重量  ，增加材料的利用率  ，减少电极损耗  ，延长电极寿命  ，减少能耗  ，提高电火花加工效率和加工精度  ，降低成本 。

1    应用石墨壳形工具电极的效果

1.1    解决提高加工效率与减少电极损耗的矛盾
石墨电极不仅热学性能好  ，而且在长脉冲粗加工时能吸附游离碳来补偿电极的损耗  ，相对损耗率低 。 提高电火花加工速度的途径在于：提高脉冲频率  ，增加单个脉冲能量  ，设法提高工艺系数[3] 。 由于消电离时间的制约  ，通过提高脉冲频率来提高加工速度的空间非常小；在相同工艺条件下  ，对大型电极而言  ，提高加工速度的最有效途径在于增加单个脉冲能量 。 增加单个脉冲能量主要依靠加大脉冲电流和增加脉冲宽度 。 但当脉冲电流增长率太高时  ，对在热冲击波作用下易于脆裂的工具电极 （如石墨） 的损耗  ，影响尤为显著  ，为降低电极损耗  ，应在放电初期限制脉冲电流的增长率[2] 。 无疑  ，存在着提高加工效率与减少电极损耗的矛盾 。
文献[3]对电极表面温度场分布的研究表明  ，电极表面放电点瞬时温度不仅与瞬时放电总热量（与放电能量成正比）有关  ，而且与电极材料的导热性能有关 。 如果石墨工具电极加工成壳形  ，减少工具电极的热量  ，壳形薄壁更利于热传递  ，即使采用较大的脉冲宽度和较大的脉冲电流进行加工  ，电极表面温度仍相对较低  ，依然损耗较少  ，而工件表面温度仍较高而遭到高效蚀除  ， 即进一步降低损耗比 。因此石墨电极加工成壳形  ，有利于发挥传热效应的作用  ，既提高了加工效率  ，又减少电极损耗 。

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4    结语

大型壳形石墨工具电极具有如下优点：
1）增加了材料的利用率  ，减轻了电极重量 。
本实例中  ， 经计算机辅助设计软件分析可知  ， 传统工具电极的石墨体积为 1.81×107 mm3  ，  壳形电极的石墨体积为 4.69×106 mm3  ，  约为原体积的 1/4  ，掏出来的余料还可他用 。
2）减少电极损耗  ，延长电极寿命  ，提高电火花加工效率和加工精度 。
大型壳形石墨工具电极的设计与加工  ，看起来比传统的要费时很多  ，但其内切断刀、环槽刀、电极夹具设计制作后可适用于其他的电极加工 。
本实例的大型壳形石墨工具电极已投入电火花加工实验  ，实验中不分粗加工电极、中加工电极和精加工电极  ，只使用一个电极  ，通过改变不同的电火花加工工艺参数  ，在放电粗加工时增加单个脉冲能量  ，对余量 0.30 mm 的型腔加工后尺寸精度和表面质量能达到预期的要求  ，而电极损耗较小 。
总而言之  ，使用该技术  ，减轻电极重量  ，增加材料的利用率  ，减少电极损耗  ，延长电极寿命  ，减少能耗  ，提高电火花加工效率和加工精度  ，降低成本  ，在模具工业中具有良好的应用前景 。