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石墨切削加工工藝

石墨材料的傳統(tǒng)機(jī)械加工方法有車削、銑削、磨 削、鋸削等，但都只能實(shí)現(xiàn)形狀簡(jiǎn)單、精度不高的石墨件加工。隨著石墨高速加工中心、刀具以及相關(guān)配套技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，這些傳統(tǒng)加工方法已經(jīng)逐漸被高速加工技術(shù)所取代。實(shí)踐表明: 由于石墨的硬脆特性，在加工時(shí)刀具磨損較為嚴(yán)重，因此，建議使用硬質(zhì)合金或金剛石涂層的刀具。

由于石墨具有特殊性，為實(shí)現(xiàn)石墨零件的高質(zhì)量加工，必須采取相應(yīng)的工藝措施來保證。石墨材料粗加工時(shí)，刀具可直接在工件上進(jìn)刀，采用相對(duì)較大的切削參數(shù); 精加工時(shí)為避免崩碎的發(fā)生，經(jīng)常采取使用耐磨性好的刀具，減小刀具的切入量，并保證切削刀具的螺距切入量小于刀具直徑 1 /2，加工兩端部時(shí)進(jìn)行減速加工等工藝措施。

切削加工時(shí)還需要合理安排走刀路線，在加工內(nèi)外形輪廓時(shí)，應(yīng)盡可能采用環(huán)繞等高切削，可使得被切削部分受力部位始終比較厚、強(qiáng)度比較高，防止工件斷裂。在加工平面或槽時(shí)，盡可能選擇斜線或螺旋進(jìn)刀; 避免在零件工作面上形成島嶼，避免在工作面上切離工件。

另外，切削方式也是影響石墨切削加工的重要因素，順銑時(shí)的切削振動(dòng)小于逆銑的切削振動(dòng)，順銑時(shí)的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)彈刀現(xiàn)象，故一般石墨加工選擇順銑。

在加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜的石墨工件時(shí)，除了要按以上的考慮優(yōu)化加工工藝外，還要根據(jù)具體的情況采取一些特殊的措施，以達(dá)到最佳的切削效果。

石墨高速加工中，由于石墨材料的硬度、切屑形成的斷續(xù)性以及高速切削特性的影響，切削過程中形成交變切削應(yīng)力并產(chǎn)生一定的沖擊振動(dòng)，刀具容易發(fā)生前刀面和后刀面的磨損，嚴(yán)重影響刀具的使用壽命，因此石墨高速加工用的刀具要求具有較高的耐磨損性和抗沖擊性。

金剛石涂層刀具具有高硬度、高耐磨性、摩擦系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，目前金剛石涂層刀具是石墨加工的最佳選擇。

石墨加工刀具還需要選擇合適的幾何角度，這樣有助于減小刀具的振動(dòng)、提高加工質(zhì)量，而且可以降低刀具磨損。德國學(xué)者對(duì)石墨切削機(jī)理研究顯示，石墨切削過程中石墨去除和刀具前角有密切關(guān)系。負(fù)前角切削增加了壓應(yīng)力，有利于促進(jìn)材料的破碎，提高了加工效率，同時(shí)避免產(chǎn)生大尺寸的石墨碎片。

石墨高速切削的常用刀具結(jié)構(gòu)類型有立銑刀、球頭刀和圓角銑刀。立銑刀一般主要用于平面和形狀比較簡(jiǎn)單的曲面加工，球頭銑刀是加工曲面的理想刀具，而圓角銑刀兼有球頭刀和立銑刀的特點(diǎn)，對(duì)曲面和平面都可進(jìn)行加工。

石墨高速切削時(shí)選用合理的切削參數(shù)對(duì)于工件加工質(zhì)量、效率的提高有著重要的意義，由于石墨高速加工的切削過程非常復(fù)雜，選擇切削用量和加工策略時(shí)，需要考慮工件結(jié)構(gòu)、機(jī)床特性、刀具等多方面因素，這主要依靠大量的切削加工實(shí)驗(yàn)。

對(duì)于石墨材料，在粗加工過程中需要選擇高轉(zhuǎn)速、快速進(jìn)給、大吃刀量的切削參數(shù)，可以有效提高加工效率; 但由于石墨在加工過程中易產(chǎn)生崩角現(xiàn)象，尤其在棱邊等位置易形成鋸齒狀，在這些部位應(yīng)適當(dāng)降低進(jìn)給速度，不宜大吃刀量。

對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)石墨件，容易發(fā)生邊角崩碎的原因主要是由切削沖擊、讓刀和彈刀以及切削力波動(dòng)所造成。降低切削力可以減少讓刀和彈刀，提高薄壁結(jié)構(gòu)石墨件的表面加工質(zhì)量，減小邊角崩碎和折斷。

石墨高速加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般較大，在機(jī)床主軸功率允許的前提下，選取較高的切削速度，可有效地降低切削力，加工效率也可得到顯著提高; 在選定主軸轉(zhuǎn)速的情況下，每齒進(jìn)給量應(yīng)與主軸轉(zhuǎn)速相適應(yīng)，以防止進(jìn)給太快吃刀量大造成崩刃現(xiàn)象。通常石墨切削加工在石墨專用機(jī)床上進(jìn)行，機(jī)床轉(zhuǎn)速一般為 3000 ～ 5000r /min，進(jìn)給速度一般為 0． 5 ～ 1m /min，粗加工時(shí)選擇相對(duì)低的轉(zhuǎn)速，精加工時(shí)選擇高的轉(zhuǎn)速。對(duì)于石墨高速加工中心來說，機(jī)床轉(zhuǎn)速較高，一般選擇在 10000 ～20000r /min 之間，進(jìn)給速度一般在 1 ～ 10m /min 之間。

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