石墨电极高速加工.pdf

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刀具应用
UTTING TOOLS APPLICATION
石墨电高速加
文/山高刀具刘天喜
1、石墨电极材料特性
的车削过程,认为两者的切屑形成过程如下:在
石墨在高温下强度较好、低热膨胀系数、较「刀具切削刃与工件接触时,产生不断扩展的裂、
好的可加工性和良好的热、电导率,因此石墨电并且接触处因刀具的进给发生脆性破碎,不断形
极广泛应用于冶金、电炉、电火花加工等领域。
成切屑。故主要的切削形成机理为脆性破裂。
在电火花加工方面,新型石墨电极材料及其加工
Konig在1998年,研究了石墨高速铣削过
技术的发展扩展了电火花加工的应用范围,提高程。发现石墨切屑的形成与陶瓷等脆性材料有很
了其使用性能。
大相似之处,在刀尖处有挤压破碎,形成细小切
石墨电极与铜电极相比具有电极消耗小、加屑和细小凹坑,切削产生的裂纹会向刀尖前下方
工速度快、机械加工性能好、加工精度高、热变延伸扩展,再扩展到自由表面,形成断裂凹坑,
形小、重量轻、表面处理容易、耐高温、加エ并可用断裂力学来解释;切屑与刀具前刀面的接
度高、电极可粘结等优点。
触状态分为切削接触冲击区和切屑沿前刀面的滑
移区,它们分别导致不同的刀具磨损形态。
尽管石墨是一种非常容易切削的材料,但
由于用作EDM电极的石墨材料必须具有足够的
Z2冲击区2滑动区
强度以免在操作和EDM加工过程中受到破坏,
同时电极形状(薄壁、小圆角、锐变)等也对石
墨电极的晶粒尺寸和强度提出较高的要求,这导
V-0
致在加工过程中石墨工件容易崩碎,刀具容易磨
e
损。因此如何防止工件崩碎、提高表面加工质量
降低加工刀具成本成为石墨电极加工的一个重
要问题。
石墨电极材料的切削力只有切削铝、铜等韧
2、石墨材料切削机理及特点
性金属的10%左右,因此切削力通常不是研究
的重点。而实验测得石墨材料的车削温度均不高,
Masuda(1996)用高速摄影观察了烧结碳
(2000℃以下烧结)和石墨(2500℃以上烧结ノ/在Vc=500m/imin左右时,最高温度在160
?80?第10期数控机床市场
刀具应用
CUTTING TOOLS APPLICATIO
300℃之间,且与切削速度呈线性关系。据此推「主偏角的変化,改変了切削受力方向和实际切削
论,即使Vc=500m/min,切削温度也不会超过面积,因此随着主偏角增大,刀具磨损也下降,
500C,所以切削温度对切削过程的影响也不太刀具耐用度得到提高。高速铣削常用球头铣刀和
大。研究表明,石墨材料加工,主要的矛盾集中平底铣刀进行加工。当采用球头立铣刀加工曲面,
在磨损。
其切削速度从外到里是下降的,因此刀具顶部易
石墨电极材料加工的主要刀具磨损区域为前于磨损。平底立铣刀可加工合阶轮廓,加工余量
刀面和后刀面。在前刀面上、刀具与破碎切区「波动强烈、加工出的工具轮廓波动使精加工刀具
的冲击接触产生冲击磨粒磨损,沿工具表面滑动受到强烈损害。相同条件下这两种刀具比较,平
的切屑产生滑动摩擦磨损。
底立铣刀的切削距离比球头刀的长。
影响磨损的主要因素:刀具材质等级、切削
线速度、进给量、刀具角度等。
3、石墨电极高速加工策略
硬质合金刀具加工石墨电极材料时的磨损机
石墨电极高速粗加工和精加工的策略不同。
理如下:在滑动区因微切削和表面疲劳破坏而产
通常石墨电极是在整块材料上进行的,加工
生席损;最终导致刀具粘结相(Co)粒磨损和余量很容易描述、其加工目标就是在最短时间内
聚晶金刚石刀具磨损是由石墨切屑对粘结相的磨轮廓铣削的方式粗加エ可以采用仿形铣削或
耐磨损相(MC)的磨损、产生裂纹和断裂脱落,。切除最大量的材料
损以及金刚石本身破碎后引起的二次磨粒磨损组
成。金刚石薄膜刀具表面通常有强烈的石墨粘附,
没有月牙洼磨损。它属于宏观冲击磨损,而不是
机械磨料磨损。金刚石薄膜刀具的寿命可达普通
硬质合金刀具的100倍,并优于PCD刀具。故
号: SECOTOOLSCHINA
最适合的石墨电极高速加工刀具为:金刚石涂层
硬质合金刀具。
仿形铣削采用球头铣刀,切削深度和切削宽
石墨电极高速加工时,如果切削速度增大,「度均在变化中、切削深度小、刀具磨损快、加工
虽然大面积磨损的风险增加了,但月牙注磨损截「时间长;轮麻統削采用平底統刀,加工时间短
面积减小。随着切削速度的増大,在摩擦面生成刀具磨损小、在轮廓铣削中,可沿包络线轨迹进
的石墨润滑膜増厚,表面磨损系数减小、所以刀「行統削,即以之字形对加工面进给統削后再加工
具寿命得以大大増加,这也是在石墨切削时,通」切削宽度固定,没有太多的住复运动,通过快速
常采用高速加工策略的一个重要原因。
加工可达到很大的进给量。沿轮廓轨迹加工则是
提高铣刀每齿进给量,或者增加每齿的切削
采用传统的加工方法,对局部的轮廓面依次加工。
宽度,增加了平均切屑厚度,因此切削冲击上升,
粗加工工艺的优劣取決于根据工具表面轮廓曲线
刀具磨损上升
函数进行的数控编程,使得可沿包络等高线进行
快速、简易的铣削加工。
精加工应使加工稳定,有较小的形状误差和
良好的表面质量,同时刀具磨损量小。刀具磨损
LOTOULSCH
和加工成本是主要考虑的因素。在精加工中,对
刀具前角増大,改变了切屑颗粒冲击角度;
拐角的处理要考虑铣削方向对加工精度和表面质
后角増大,则刀具锋利性増大,后刀面磨损减小;
量的影响,后者与刀具承载和机床振动等有关。
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