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石墨專用刀具特點

    文章來源:    發布時間:2015年03月16日    點擊數: 次    字號:

    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,數控刀具容易磨損。
    刀具磨損是石墨電極加工中最重要的問題。磨損量不僅影響刀具損耗費用、加工時間、加工質量,而且影響電極EDM加工工件材料的表面質量,是優化高速加工的重要參數。石墨電極材料加工的主要刀具磨損區域為前刀面和后刀面。在前刀面上,刀具與破碎切屑區的沖擊接觸產生沖擊磨粒磨損,沿工具表面滑動的切屑產生滑動摩擦磨損。
    影響刀具磨損的幾點事項:
    1、刀具材料
    刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素,對于加工效率、加工質量、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。硬度和韌性是一對矛盾,也是刀具材料所應克服的一個關鍵。對于石墨刀具,普通的TiAlN涂層可在選材上適當選擇韌性相對較好一點的,也就是鈷含量稍高一點的;對于金剛石涂層石墨刀具,可在選材上適當選擇硬度相對較好一點的,也就是鈷含量稍低一點的;
    2、刀具的幾何角度
    石墨刀具選擇合適的幾何角度,有助于減小刀具的振動,反過來,石墨工件也不容易崩缺;
    (1)前角,采用負前角加工石墨時,刀具刃口強度較好,耐沖擊和摩擦的性能好,隨著負前角絕對值的減小,后刀面磨損面積變化不大,但總體呈減小趨勢,采用正前角加工時,隨著前角的增大,刀具刃口強度被削弱,反而導致后刀面磨損加劇。負前角加工時,切削阻力大,增大了切削振動,采用大正前角加工時,刀具磨損嚴重,切削振動也較大。
    (2)后角,如果后角的增大,則刀具刃口強度降低,后刀面磨損面積逐漸增大。刀具后角過大后,切削振動加強。
    (3)螺旋角,螺旋角較小時,同一切削刃上同時切入石墨工件的刃長最長,切削阻力最大,刀具承受的切削沖擊力最大,因而刀具磨損、銑削力和切削振動都是最大的。當螺旋角去較大時,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、銑削力和切削振動也都有所增大。因此,刀具角度變化對刀具磨損、銑削力和切削振動的影響是前角、后角及螺旋角綜合產生的,所以在選擇方面一定要多加注意。
    通過對石墨材料的加工特性做了大量的科學測試,PARA刀具優化了相關刀具的幾何角度,從而使得刀具的整體切削性能大大提高。
    3、刀具的涂層
    金剛石涂層刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系數低等優點,現階段金剛石涂層是石墨加工刀具的最佳選擇,也最能體現石墨刀具優越的使用性能;金剛石涂層的硬質合金刀具的優點是綜合了天然金剛石的硬度和硬質合金的強度及斷裂韌性;但是在國內金剛石涂層技術還處于起步階段,還有成本的投入都是很大的,所以金剛石涂層在近期不會有太大發展,不過我們可以在普通刀具的基礎上,優化刀具的角度,選材等方面和改善普通涂層的結構,在某種程度上是可以在石墨加工當中應用的。
    金剛石涂層刀具和普通涂層刀具的幾何角度有本質的區別,所以在設計金剛石涂層刀具時,由于石墨加工的特殊性,其幾何角度可適當放大,容削槽也變大,也不會降低其刀具鋒口的耐磨性;對于普通的TiAlN涂層,雖然比無涂層的刀具其耐磨有顯著的提高,但比起金剛石涂層來說,在加工石墨時它的幾何角度應適當放小,以增加其耐磨性。
    對金剛石涂層來說,目前世界上眾多的涂層公司均投入大量的人力和物力來研究開發相關涂層技術,但是至今為止,國外成熟而又經濟的涂層公司僅僅限于歐洲;PARA作為一款優秀的石墨加工刀具,同樣采用目前世界最先進的涂層技術對刀具進行表面處理,以確保加工壽命的同時,保證刀具的經濟實用。
    4、刀具刃口的強化
    刀具刃口鈍化技術是一個還不被人們普遍重視,而又是十分重要的問題。金剛石砂輪刃磨后的硬質合金刀具刃口,存在程度不同的微觀缺口(即微小崩刃與鋸口)。石墨高速切削加工刀具性能和穩定性提出了更高的要求,特別是金剛石涂層刀具在涂層前必須經過刀口的鈍化處理,才能保證涂層的牢固性和使用壽命。刀具鈍化目的就是解決上述刃磨后的刀具刃口微觀缺口的缺陷,使其鋒值減少或消除,達到圓滑平整,既鋒利堅固又耐用的目的。
    5、刀具的機械加工條件
    選擇適當的加工條件對于刀具的壽命有相當大的影響。
    (1)切削方式(順銑和逆銑),順銑時的切削振動小于逆銑的切削振動。順銑時的刀具切入厚度從最大減小到零,刀具切入工件后不會出現因切不下切屑而造成的彈刀現象,工藝系統的剛性好,切削振動??;逆銑時,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將在工件表面劃擦一段路徑,此時刃口如果遇到石墨材料中的硬質點或殘留在工件表面的切屑顆粒,都將引起刀具的彈刀或顫振,因此逆銑的切削振動大;
    (2)吹氣(或吸塵)和浸漬電火花液加工,及時清理工件表面的石墨粉塵,有利于減小刀具二次磨損,延長刀具的使用壽命,減少石墨粉塵對機床絲杠和導軌的影響;
    (3)選擇合適的高轉速及相應的大進給量。
    綜述以上幾點,刀具的材料、幾何角度、涂層、刃口的強化及機械加工條件,在刀具的使用壽命中扮演者不同的角色,缺一不可,相輔相成的。一把好的石墨刀具,應具備流暢的石墨粉排屑槽、長的使用壽命、能夠深雕刻加工、能節約加工成本。

     

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