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石墨加工專(zhuān)用刀具的特點(diǎn)與應(yīng)用

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來(lái)源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):392
核心提示:

  與銅電極相比,石墨電極具有電極消耗小、加工速度快、機(jī)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(jié)等優(yōu)點(diǎn)。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(qiáng)度,以免在操作和EDM加工過(guò)程中受到破壞,同時(shí)電極形狀(薄壁、小圓角、銳變等)也對(duì)石墨電極的晶粒尺寸和強(qiáng)度提出了較高要求,這導(dǎo)致在加工過(guò)程中石墨工件容易崩碎,刀具容易磨損。

  刀具磨損是石墨電極加工中最重要的問(wèn)題。磨損量不僅影響刀具損耗費(fèi)用、加工時(shí)間、加工質(zhì)量,而且影響電極EDM加工工件材料的表面質(zhì)量,是優(yōu)化高速加工的重要參數(shù)。石墨電極材料加工的主要刀具磨損區(qū)域?yàn)榍暗睹婧秃蟮睹妗T谇暗睹嫔希毒吲c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(dòng)的切屑產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦磨損。

  影響刀具磨損的主要因素包括:

  1 刀具材料

  刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素,對(duì)于加工效率、加工質(zhì)量、加工成本以及刀具耐用度影響很大。刀具材料越硬,其耐磨性越好,硬度越高,沖擊韌性越低,材料越脆。硬度和韌性是一對(duì)矛盾,也是刀具材料所應(yīng)解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。對(duì)于石墨刀具,普通的TiAlN涂層可在選材上適當(dāng)選擇韌性相對(duì)好一點(diǎn)的,也就是鈷含量稍高一點(diǎn)的;對(duì)于金剛石涂層石墨刀具,可在選材上適當(dāng)選擇硬度相對(duì)高一點(diǎn)的,也就是鈷含量稍低一點(diǎn)的。

  2 刀具幾何角度

  石墨專(zhuān)用刀具選擇合適的幾何角度,有助于減小刀具的振動(dòng),反過(guò)來(lái),石墨工件也不容易崩缺。

  2.1 前角

  采用負(fù)前角加工石墨時(shí),刀具刃口強(qiáng)度較好,耐沖擊和摩擦的性能好,隨著負(fù)前角絕對(duì)值的減小,后刀面磨損面積變化不大,但總體呈減小趨勢(shì),采用正前角加工時(shí),隨著前角的增大,刀具刃口強(qiáng)度被削弱,反而導(dǎo)致后刀面磨損加劇。負(fù)前角加工時(shí),切削阻力大,增大了切削振動(dòng),采用大正前角加工時(shí),刀具磨損嚴(yán)重,切削振動(dòng)也較大。

  2.2 后角

  如果后角增大,則刀具刃口強(qiáng)度降低,后刀面磨損面積逐漸增大。刀具后角過(guò)大后,切削振動(dòng)加強(qiáng)。

  2.3 螺旋角

  螺旋角較小時(shí),同一切削刃上同時(shí)切入石墨工件的刃長(zhǎng)最長(zhǎng),切削阻力最大,刀具承受的切削沖擊力最大,因而刀具磨損、銑削力和切削振動(dòng)都是最大的。當(dāng)螺旋角較大時(shí),銑削合力的方向偏離工件表面的程度大,石墨材料因崩碎而造成的切削沖擊加劇,因而刀具磨損、銑削力和切削振動(dòng)也都有所增大。因此,刀具角度變化對(duì)刀具磨損、銑削力和切削振動(dòng)的影響是前角、后角及螺旋角綜合產(chǎn)生的,所以在選擇時(shí)一定要多加注意。

  3 刀具涂層

  金剛石涂層刀具具有硬度高、耐磨性好、摩擦系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)階段,金剛石涂層是石墨加工刀具的最佳選擇,也最能體現(xiàn)石墨刀具優(yōu)越的使用性能。金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具的優(yōu)點(diǎn)是:綜合了天然金剛石的硬度和硬質(zhì)合金的強(qiáng)度及斷裂韌性。但是,目前在國(guó)內(nèi),金剛石涂層技術(shù)還處于起步階段,還有成本的投入也很大,所以金剛石涂層在近期不會(huì)有太大發(fā)展。不過(guò),我們可以在普通刀具的基礎(chǔ)上,優(yōu)化刀具的角度、選材和改善普通涂層的結(jié)構(gòu),在某種程度上,還是可以在石墨加工中應(yīng)用的。

  金剛石涂層刀具與普通涂層刀具的幾何角度有本質(zhì)區(qū)別,因此,在設(shè)計(jì)金剛石涂層刀具時(shí),由于石墨加工的特殊性,其幾何角度可適當(dāng)放大,容屑槽也變大,而不會(huì)降低刀具刃口的耐磨性。對(duì)于普通的TiAlN涂層,雖然與無(wú)涂層刀具相比,其耐磨性有顯著提高,但比起金剛石涂層來(lái)說(shuō),在加工石墨時(shí)其幾何角度應(yīng)適當(dāng)減小,以增加其耐磨性。

  對(duì)金剛石涂層來(lái)說(shuō),目前世界上眾多涂層公司均投入大量人力物力來(lái)研究開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù),但迄今為止,國(guó)外技術(shù)成熟而經(jīng)濟(jì)性又好的涂層公司僅限于歐洲企業(yè)。

  4 刀具刃口強(qiáng)化

  刀具刃口的鈍化是一個(gè)還不被人們普遍重視,而又十分重要的問(wèn)題。用金剛石砂輪刃磨后的硬質(zhì)合金刀具切削刃,存在程度不同的微觀缺口(即微小崩刃與鋸齒)。石墨的高速切削加工對(duì)刀具性能和穩(wěn)定性提出了更高要求,特別是金剛石涂層刀具,在涂層前必須經(jīng)過(guò)刀口鈍化處理,才能保證涂層的牢固性和使用壽命。刀具鈍化的目的,就是解決刀具刃磨后的刃口微觀缺口的問(wèn)題,減小其鋒利度,達(dá)到圓滑平整,既堅(jiān)固又耐用的目的。

  5 切削加工條件

  切削加工條件的選擇對(duì)于刀具壽命有相當(dāng)大的影響。

  5.1 切削方式(順銑和逆銑)

  順銑的切削振動(dòng)小于逆銑。順銑時(shí),刀具切入厚度從最大減小到零,刀具切入工件后,不會(huì)出現(xiàn)因切不下切屑而造成的彈刀現(xiàn)象,工藝系統(tǒng)剛性好,切削振動(dòng)小;逆銑時(shí),刀具的切入厚度從零增加到最大,刀具切入初期,因切削厚度薄,

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