石墨加工的刀具选择应注意哪些问题？

2018-11-20 21:26:45  点击次数：

与铜电极相比，石墨电极具有电极消耗低、加工速度快、可加工性好、加工精度高、热变形小、重量轻、表面处理容易、耐高温、加工温度高等优点。虽然石墨是非常容易切割的材料，但用作电火花加工电极（热加工模具钢）的石墨材料必须具有足够的强度，以避免在运行和电火花加工过程中损坏。同时，电极的形状（薄壁、小圆角、急剧变化）也对石墨电极提出了更高的晶粒尺寸和强度。这就要求石墨加工过程中容易塌陷，刀具容易磨损。

刀具磨损是石墨加工中最重要的问题。磨损率不仅影响刀具磨损成本、加工时间和加工质量，而且影响电极电火花加工工件材料的表面质量。它是优化高速加工的一个重要参数。石墨阴极材料加工的主要工具磨损面积为前刀面和后刀面。前刀面上，冲击磨料磨损时，刀具与断屑的接触面积，和滑动摩擦磨损发生时，芯片在工具表面上滑动。

影响刀具磨损的几个因素如下。

1、刀具材料（模具钢）是决定刀具切削性能的根本因素，这对加工效率，极大影响质量、成本和刀具耐用度。较硬的刀具材料，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性的降低，材料的脆性是更多。

2、选择合适的石墨刀具几何角度有助于减小刀具的振动。相反，石墨加工时工件不易坍塌。

（1）前角。当负前角用于加工石墨，刀具刃口强度较好，耐冲击和摩擦性能更好。随着负前角绝对值的减小，后刀面磨损面积的变化不大，但总的趋势是下降的。当正前角用于加工石墨，该工具的边缘强度随着前角的增大而减弱，导致齿面磨削。损失加重。当加工前角为负时，切削阻力大，切削振动增大。在加工大的前角时，刀具磨损严重，切削振动大。

（2）后角。如果后角增大，刀刃的强度会降低，侧面磨损面积会逐渐增大。切削刀具角度过大后，切削振动加剧。

（3）螺旋角。当螺旋角越小，切削刃长度的石墨工件在相同的切削刃长，切削阻力是最大的，和切削冲击力是最大的，因此刀具磨损、铣削力和切削振动是最大的。当螺旋角大，铣削合力的方向偏离工件表面在很大程度上，与石墨材料的切削冲击加剧由于解体，因此刀具磨损、铣削力和切削振动也增加。

因此，刀具角度变化对刀具磨损的影响，铣削力和切削振动是由前角的组合引起的，后角和螺旋角，所以更要注意选择。

通过大量的科学试验对石墨材料的加工特性，对刀具的优化相关的刀具几何角度，大大提高刀具切削性能的整体。

3、涂层金刚石刀具具有硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点。目前，金刚石涂层是石墨刀具的最佳选择，它最能体现石墨刀具的优越性能。金刚石涂层硬质合金刀具的优点是合成了天然金刚石的硬度。硬质合金的强度和断裂韧性，而我国金刚石涂层技术还处于起步阶段，成本很高，所以近期金刚石涂层的发展不会太大，但可以从角度、材料选择等方面进行优化。在通用工具的基础上，对常用工具进行了改进，并对常用工具进行了改进。涂层的结构可以在一定程度上应用于石墨加工。

金刚石涂层刀具的几何角度与普通涂层刀具有着本质的不同，因此在设计金刚石涂层刀具时，由于石墨加工的特殊性，可以适当地扩大其几何角度，扩大体积切削槽，从而提高刀具的切削效率。对于普通TiAIN涂层，刀具刃口的抗耳力不会降低，但优于无涂层。与金刚石涂层相比，石墨的几何角度应适当减小，以提高其耐磨性。

4、刀具刃口强化钝化工艺是一个尚未引起普遍关注的重要问题。金刚石砂轮磨削后，硬质合金刀具刃口（即微断口和锯边）存在不同程度的微缺口。高速切削石墨需要较高的刀具性能和稳定性。特别地，在涂覆金切削石涂层的刀具之前，必须对其进行钝化，以确保涂层的牢固性和使用寿命。刀具钝化的目的在于解决磨削刀具边缘的日常微缺口缺陷，减少或消除边缘值，达到光滑、锋利、耐用的目的。

5、选择合适的加工条件对刀具寿命有很大影响。

切削方式（正向铣削和反向铣削）。铣削加工中的切削振动要比反向铣削的切削振动小。在下铣过程中，刀具的切削厚度从最大值减小到零，刀具不能切削切屑，切削工件时不会出现刀弹现象。该工艺系统具有良好的切削性能和较小的切削振动。在反向铣削中，刀具的切削厚度从零增加到最大。在刀具切入初期，由于切削厚度薄，刀具会刮伤工件表面。如果切削刃碰到石墨材料中的硬质颗粒或残留在工件表面上的切屑，就会引起弹状刀具或刀具的颤振，因此反铣的切削振动较大。

吹(真空)和浸渍电火花石墨加工，及时清理工件表面的石墨灰尘，有利于减少刀具二次磨损，延长刀具寿命，减少石墨灰尘对机床螺杆和导轨的影响。

综上所述，刀具的材料、几何角度、涂层、刃口强化和加工条件对刀具的使用寿命起着不同的作用，它们是不可缺少的、互补的。好的石墨刀具应具有光滑的石墨粉切屑去除槽，使用寿命长，雕刻加工深，并能节约加工成本。