石墨电极加工

石金精密科技(深圳)有限公司编制石墨电极铣削加工讲义前言石墨具有较高的高温强度、低热膨胀系数、较好的可加工性和良好的热、电导率，因此石墨电极广泛应用于冶金、电炉、电火花加工等领域。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，这导致在加工过程中石墨工件容易崩碎，刀具容易磨损。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。工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨比铜更有优越性（一）石墨重量比铜轻（约为铜的1/5）适合大型、整体电极的制作更能提高机加工和放电的效率工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨的切削铜的切削石墨比铜更有优越性（二）石墨切削阻力比小（约为铜的1/4）切削性好,容易被挤碎成粉末石墨铣削速度是铜的3倍以上工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨加工无毛剌、不变形可减少手工工作量,确保模具品质石墨比铜更有优越性（三）工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨耐高温、不消熔放电效率高,电极损耗少其放电效率是铜电极的1.5～3倍石墨比铜更有优越性（四）石墨铜工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨材质均匀、精细放电加工容易得到粗细均一的表面石墨比铜更有优越性（五）工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]⑴刀具磨损严重⑵切削阻力小⑶切削具有振动性⑷难获得光滑的的已加工表面⑸石墨件易发生边角崩碎⑹切削时产生大量的石墨粉尘石墨电极机加工特点工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]⑴刀具磨损严重石墨切削过程中生成的微细而崩碎切屑,散落,堆积并极易粘附在前后刀面及已加工表面上,与被加工石墨材料同时对切削刃产生急剧的摩擦和部冲击作用,导致切削加工过程中刀具的磨损非常严重石墨电极机加工特点工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]⑵切削阻力小石墨材料的晶体结构存在空位,位错和其它原子等微晶缺陷,使石墨材料的实际强度大大低于其理论强度,切削加工时,石墨材料在外加局部应力下就可扩展使材料破碎而成为切屑,因此石墨加工时的切削力比较小.石墨电极机加工特点工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]⑶切削力具有振动性石墨材料具有脆性,室温拉伸不存在塑性变形阶段,只是很小的弹性变形后立即产生脆性断裂,脆性断裂破坏特性是石墨切削力波动性的主要原因.此外,石墨材料的结构组成不均匀,并存在显微缺陷,这也使得石墨切削变得不稳定,导致了切削力的波动性.用于石墨加工的刀具必须具有良好的抗冲击振动性能.石墨电极机加工特点工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]⑷难以获得光滑的已加工表面切削加工石墨材料时刀具对被加工的石墨表面并不是单纯的剥离作用,而是刀具对材料表面的组织结构产生冲击,压碎和剥离等作用,因此石墨切削加工产生的是大小不同的崩碎颗粒碎屑,而不是切削金属材料时呈现塑性流动的带状切屑,并且已加工表面凹凸不平石墨电极机加工特点工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]⑸石墨工件易发生边角崩碎石墨电极为脆弱材料,加工过程中由于表面圆角或拐角处铣削方向的改变,机床加速度的突然变化,刀具切入和切出的方向和角度,极其微小的切削振动,刀具磨损和破损等,均可能导致刀具对石墨工件产生冲击载荷,发生石墨工件边角脆性崩碎,甚至出现废品.石墨电极机加工特点工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]⑹切削时产生大量的石墨粉尘不仅污染环境,影响操作人员的健康,而且石墨粉尘会对机床部件产生一定的磨损,因此切削石墨电极的机床必须安装高效物吸尘设备.石墨电极机加工特点工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]加工石墨电极的设备条件加工石墨电极的设备必须是:高转速,快进给,小切深进行加工,是实现石墨电极高效高精度加工的主要手段1.主轴转速:10000～60000r/min2.进给速度:＞60m/min3.配备除尘装置工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨电极切削机理切屑的形成:刀具切削刃在与石墨接触时，产生了一条裂纹扩展，石墨切削部分因刀具推进发生破碎。切削过程:石墨在刀尖处有挤压破碎，形成细小切屑和细小凹坑，切削产生的裂纹会向刀尖前下方延伸扩展，再扩展到自由表面，形成断裂凹坑.断裂力学来解释：切屑与刀具前刀面的接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。工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨切削与其它材料切削的区别:1).石墨切削裂纹沿切削方向扩展，大多数切屑沿前刀面滑动，因而产生刀具月牙洼磨损2).其它材料的切削大多数裂纹向下扩展，切屑散落于刀具表面或堆积在前刀面影响切削过程的因素主要有:切削速度、切削进给量、刀具几何参数、工具材料和刀具磨损石墨电极切削机理工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨加工刀具的选择刀具材料要求:1.高硬度和高耐磨性2.足够强度与冲击韧性3.良好的可加工性4.表面涂层工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨加工刀具的选择石墨刀具要几何参数:①前角:采用负前角(6～10°)强度较高，耐冲击和摩擦的性能好②后角:增大后角(＜15°)刀具锋利性增大，后刀面磨损减小③主偏角:增大主偏角(＜30°)刀具磨损下降,刀具耐用度得到提高④容屑槽:增大容屑槽有利于加工屑的排出工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone].容屑槽2.第一后角3.第二后角4.后刀面5.刀刃6.前角石墨加工刀具的选择刀具示意图:工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨加工刀具的选择1.按结构:球头刀和平底刀2.按使用寿命:1).金刚石涂层刀＞2).聚晶金刚石刀＞3).立方氮化硼刀＞4).涂层硬质合金刀＞5).硬质合金刀＞6).陶瓷刀＞7).高速钢刀分类:工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨加工刀具的选择加工石墨常用刀径:D10、D6、D3、D1编号石墨硬度推荐刀具材质150高速钢265高速钢370高速钢,硬质合金475硬质合金580硬质合金,金刚石工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨加工刀具的选择刀具涂层知识:刀具涂层是在韧性、强度较好的硬质合金基体上或高速钢基体上，采用化学气相沉积（CVD）法或物理气相沉积（PVD）法涂覆一层极薄硬质和耐磨性极高的难熔金属化合物而得到的刀具材料。作用:使刀具既具有基体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性。刀具可根据不同的需要选择涂层材料。涂层厚度通常为3～8um工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨加工刀具的选择刀具涂层知识:常用的涂层材料有:1.氮化钛涂层（TiN）TiN是一种通用型PVD涂层，可以提高刀具硬度并具有较高的氧化温度。该涂层用于高速钢切削刀具或成形工具可获得很不错的加工效果。2.氮碳化钛涂层（TiCN）TiCN涂层中添加的碳元素可提高刀具硬度并获得更好的表面润滑性，是高速钢刀具的理想涂层。工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨加工刀具的选择刀具涂层知识:常用的涂层材料有:3.氮铝钛或氮钛铝涂层（TiAlN/AlTiN）TiAlN/AlTiN涂层中形成的氧化铝层可以有效提高刀具的高温加工寿命。主要用于干式或半干式切削加工的硬质合金刀具可选用该涂层。根据涂层中所含铝和钛的比例不同，AlTiN涂层可提供比TiAlN涂层更高的表面硬度，因此它是高速加工领域又一个可行的涂层选择。4.氮化铬涂层（CrN）CrN涂层良好的抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中成为首选涂层。涂覆了这种几乎无形的涂层后，高速钢刀具或硬质合金刀具和成形工具的加工性能将会大大改善。工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨加工刀具的选择刀具涂层知识:常用的涂层材料有:5.金刚石涂层（Diamond）CVD金刚石涂层可为非铁金属材料加工刀具提供最佳性能，是加工石墨、金属基复合材料（MMC）、高硅铝合金及许多其它高磨蚀材料的理想涂层注意：纯金刚石涂层刀具不能用于加工钢件，因为加工钢件时会产生大量切削热，并导致发生化学反应，使涂层与刀具之间的粘附层遭到破坏工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨刀具机加工条件一把好的石墨刀具，应具备流畅的石墨粉排屑槽、长的使用寿命、能够深雕刻加工、能节约加工成本1）切削方式（顺铣和逆铣），顺铣时的切削振动小于逆铣的切削振动。顺铣时的刀具切入厚度从最大减小到零，刀具切入工件后不会出现因切不下切屑而造成的弹刀现象,工艺系统的刚性好，切削振动小；逆铣时刀具的切入厚度从零增加到最大,刀具切入初期因切削厚度薄将在工件表面划擦一段路径,此时刃口如果遇到石墨材料中的硬质点或残留在工件表面的切屑颗粒，都将引起刀具的弹刀或颤振,因此逆铣的切削振动大工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨刀具机加工条件（2）吹气（或吸尘）和浸渍电火花液加工，及时清理工件表面的石墨粉尘，有利于减小刀具二次磨损，延长刀具的使用寿命，减少石墨粉尘对机床丝杠和导轨的影响；（3）选择合适的高转速及相应的大进给量。工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨刀具磨损刀具磨损是石墨电极加工中最重要的问题.磨损量不仅影响刀具损耗费用、加工时间、加工质量,而且影响电极EDM加工工件材料的表面质量，是优化高速加工的重要参数.石墨电极材料加工的主要刀具磨损区域为刀尖和后刀面.工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨刀具磨损的机理刀具磨损机理:1).刀具与破碎切屑区的冲击接触产生---冲击磨粒磨损2).沿工具表面滑动的切屑产生---滑动摩擦磨损刀具磨损类型:1).刀尖冲击磨损①角度冲击,导致前刀面表面层脱落或剥落②切削冲击,其形成前刀面月牙洼磨损2).后刀面磨损后刀面与已加工表面的机械摩擦磨损工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨刀具磨损的区域磨损区域:1).刀尖52).后刀面3注:非石墨刀具的磨损区域:1).刀刃12).前刀面2工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨刀具磨损的影响刀具磨损影响:1).浪费刀具增加工时降低质量2).尺寸精度不准确,尺寸公差偏大3).表面粗糙,接痕有级差4).电极表面出现“掉粉”样砂孔工艺改进专业系统版权所有石金精密科技(深圳)有限公司联系电话:[phone]石墨刀具磨损的因素1).切削速度切削速度增大,在摩擦面生成的石墨润滑膜增厚