烏蘭察布石墨電極高速加工
作者：admin 發(fā)布日期：2018/6/2 關注次數(shù)：
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1、石墨電極材料特性
烏蘭察布石墨電極在高溫下強度較好、低熱膨脹系數(shù)、較好的可加工性和良好的熱、電導率,因此石墨電極廣泛應用 于冶金、電爐、電火花加工等領域。在電火花加工 方面,新型石墨電極材料及其加工技術的發(fā)展擴展了電火花加工的應用范圍,提高了其使用性能。
石墨電極與銅電極相比具有電極消耗小、加工速度快、機械加工性能好、加工精度高、熱變形小、重量輕、表面處理容易、耐高溫、加工溫度高、電極可粘結等優(yōu)點。
盡管石墨是一種非常容易切削的材料,但由于用作EDM電極的石墨材料必須具有足夠的強度以免在操作和EDM加工過程中受到破壞,同時電極形狀(薄壁、小圓角、銳變)等也對石墨電極的晶粒尺寸和強度提出較高的要求,這導致在加工過程中石墨工件容易崩碎,刀具容易磨損。因此如何防止工件崩碎、提高表面加工質量、降低加工刀具成本成為石墨電極加工的一個重要問題。
2、石墨材料切削機理及特點
Masuda(1996)用高速攝影觀察了燒結碳(2000℃以下燒結)和石墨(2500℃以上燒結)的車削過程，認為兩者的切屑形成過程如下：在刀具切削刃與工件接觸時，產(chǎn)生不斷擴展的裂紋，并且接觸處因刀具的進給發(fā)生脆性破碎，不斷形成切屑。故主要的切削形成機理為脆性破裂。
Konig在1998年，研究了石墨高速銑削過程。發(fā)現(xiàn)：石墨切屑的形成與陶瓷等脆性材料有很大相似之處，在刀尖處有擠壓破碎，形成細小切屑和細小凹坑，切削產(chǎn)生的裂紋會向刀尖前下方延伸擴展，再擴展到自由表面，形成斷裂凹坑,并可用斷裂力學來解釋；切屑與刀具前刀面的接觸狀態(tài)分為切削接觸沖擊區(qū)和切屑沿前刀面的滑移區(qū)，它們分別導致不同的刀具磨損形態(tài)。
石墨電極材料的切削力只有切削鋁、銅等韌性金屬的10%左右,因此切削力通常不是研究的重點。而實驗測得石墨材料的車削溫度均不高，在Vc= 500m/min左右時，最高溫度在160-300℃之間,且與切削速度呈線性關系。據(jù)此推論，即使Vc=500m/min，切削溫度也不會超過500℃，所以切削溫度對切削過程的影響也不太大。研究表明，石墨材料加工，主要的矛盾集中在磨損。
石墨電極材料加工的主要刀具磨損區(qū)域為前刀面和后刀面。在前刀面上,刀具與破碎切屑區(qū)的沖擊接觸產(chǎn)生沖擊磨粒磨損,沿工具表面滑動的切屑產(chǎn)生滑動摩擦磨損。
影響磨損的主要因素：刀具材質等級、切削線速度、進給量、刀具角度等。
硬質合金刀具加工石墨電極材料時的磨損機理如下：在滑動區(qū)因微切削和表面疲勞破壞而產(chǎn)生磨損；最終導致刀具粘結相(Co)磨粒磨損和耐磨損相（WC）的磨損、產(chǎn)生裂紋和斷裂脫落。聚晶金剛石刀具磨損是由石墨切屑對粘結相的磨損以及金剛石本身破碎后引起的二次磨粒磨損組成。金剛石薄膜刀具表面通常有強烈的石墨粘附，沒有月牙洼磨損。它屬于宏觀沖擊磨損，而不是機械磨料磨損。金剛石薄膜刀具的壽命可達普通硬質合金刀具的100倍， 并優(yōu)于PCD刀具。故最適合的石墨電極高速加工刀具為：金剛石涂層硬質合金刀具。
石墨電極高速加工時，如果切削速度增大，雖然大面積磨損的風險增加了，但月牙洼磨損截面積減小。隨著切削速度的增大，在摩擦面生成的石墨潤滑膜增厚，表面磨損系數(shù)減小，所以刀具壽命得以大大增加，這也是在石墨切削時，通常采用高速加工策略的一個重要原因。
提高銑刀每齒進給量，或者增加每齒的切削寬度，增加了平均切屑厚度， 因此切削沖擊上升，刀具磨損上升。
烏蘭察布石墨電極在高溫下強度較好、低熱膨脹系數(shù)、較好的可加工性和良好的熱、電導率,因此石墨電極廣泛應用 于冶金、電爐、電火花加工等領域。在電火花加工 方面,新型石墨電極材料及其加工技術的發(fā)展擴展了電火花加工的應用范圍,提高了其使用性能。
石墨電極與銅電極相比具有電極消耗小、加工速度快、機械加工性能好、加工精度高、熱變形小、重量輕、表面處理容易、耐高溫、加工溫度高、電極可粘結等優(yōu)點。
盡管石墨是一種非常容易切削的材料,但由于用作EDM電極的石墨材料必須具有足夠的強度以免在操作和EDM加工過程中受到破壞,同時電極形狀(薄壁、小圓角、銳變)等也對石墨電極的晶粒尺寸和強度提出較高的要求,這導致在加工過程中石墨工件容易崩碎,刀具容易磨損。因此如何防止工件崩碎、提高表面加工質量、降低加工刀具成本成為石墨電極加工的一個重要問題。
2、石墨材料切削機理及特點
Masuda(1996)用高速攝影觀察了燒結碳(2000℃以下燒結)和石墨(2500℃以上燒結)的車削過程，認為兩者的切屑形成過程如下：在刀具切削刃與工件接觸時，產(chǎn)生不斷擴展的裂紋，并且接觸處因刀具的進給發(fā)生脆性破碎，不斷形成切屑。故主要的切削形成機理為脆性破裂。
Konig在1998年，研究了石墨高速銑削過程。發(fā)現(xiàn)：石墨切屑的形成與陶瓷等脆性材料有很大相似之處，在刀尖處有擠壓破碎，形成細小切屑和細小凹坑，切削產(chǎn)生的裂紋會向刀尖前下方延伸擴展，再擴展到自由表面，形成斷裂凹坑,并可用斷裂力學來解釋；切屑與刀具前刀面的接觸狀態(tài)分為切削接觸沖擊區(qū)和切屑沿前刀面的滑移區(qū)，它們分別導致不同的刀具磨損形態(tài)。
石墨電極材料的切削力只有切削鋁、銅等韌性金屬的10%左右,因此切削力通常不是研究的重點。而實驗測得石墨材料的車削溫度均不高，在Vc= 500m/min左右時，最高溫度在160-300℃之間,且與切削速度呈線性關系。據(jù)此推論，即使Vc=500m/min，切削溫度也不會超過500℃，所以切削溫度對切削過程的影響也不太大。研究表明，石墨材料加工，主要的矛盾集中在磨損。
石墨電極材料加工的主要刀具磨損區(qū)域為前刀面和后刀面。在前刀面上,刀具與破碎切屑區(qū)的沖擊接觸產(chǎn)生沖擊磨粒磨損,沿工具表面滑動的切屑產(chǎn)生滑動摩擦磨損。
影響磨損的主要因素：刀具材質等級、切削線速度、進給量、刀具角度等。
硬質合金刀具加工石墨電極材料時的磨損機理如下：在滑動區(qū)因微切削和表面疲勞破壞而產(chǎn)生磨損；最終導致刀具粘結相(Co)磨粒磨損和耐磨損相（WC）的磨損、產(chǎn)生裂紋和斷裂脫落。聚晶金剛石刀具磨損是由石墨切屑對粘結相的磨損以及金剛石本身破碎后引起的二次磨粒磨損組成。金剛石薄膜刀具表面通常有強烈的石墨粘附，沒有月牙洼磨損。它屬于宏觀沖擊磨損，而不是機械磨料磨損。金剛石薄膜刀具的壽命可達普通硬質合金刀具的100倍， 并優(yōu)于PCD刀具。故最適合的石墨電極高速加工刀具為：金剛石涂層硬質合金刀具。
石墨電極高速加工時，如果切削速度增大，雖然大面積磨損的風險增加了，但月牙洼磨損截面積減小。隨著切削速度的增大，在摩擦面生成的石墨潤滑膜增厚，表面磨損系數(shù)減小，所以刀具壽命得以大大增加，這也是在石墨切削時，通常采用高速加工策略的一個重要原因。
提高銑刀每齒進給量，或者增加每齒的切削寬度，增加了平均切屑厚度， 因此切削沖擊上升，刀具磨損上升。
刀具前角增大，改變了切屑顆粒沖擊角度；后角增大，則刀具鋒利性增大，后刀面磨損減小；主偏角的變化，改變了切削受力方向和實際切削面積，因此隨著主偏角增大，刀具磨損也下降，刀具耐用度得到提高。高速銑削常用球頭銑刀和平底銑刀進行加工。當采用球頭立銑刀加工曲面，其切削速度從外到里是下降的，因此刀具頂部易于磨損。平底立銑刀可加工臺階輪廓，加工余量波動強烈，加工出的工具輪廓波動使精加工刀具受到強烈損害。相同條件下這兩種刀具比較，平底立銑刀的切削距離比球頭刀的長。
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