石墨铣削加工刀具探讨
石墨刀具的性能与特点有哪些【解析】
石墨刀具的性能与特点有哪些内容来源网络，由深圳机械展收集整理！更多石墨刀具及数控刀具技术展示，就在深圳机械展！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。
导致企业加工的成本高，效率低，工件常常报废等现象。
怎样更好的加工石墨电极呢？石墨刀具_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前刀面和后刀面。
在前刀面上，刀具与破碎切屑区的冲击接触产生冲击磨粒磨损，沿工具表面滑动的切屑产生滑动摩擦磨损。
石墨刀具_影响刀具磨损的主要因素：1 刀具材料刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。
刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。
硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应解决的一个关键问题。
2 刀具几何角度石墨专用刀具选择合适的几何角度，有助于减小刀具的振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺。
3 刀具涂层金刚石涂层刀具具有硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点。
在现阶段，金刚石涂层是石墨加工刀具的最佳选择，也最能体现石墨刀具优越的使用性能。
4 刀具刃口强化刀具刃口的钝化是一个还不被人们普遍重视，而又十分重要的问题刀具钝化的目的，就是解决刀具刃磨后的刃口微观缺口的问题，减小其锋利度，达到圆滑平整，既坚固又耐用的目的。
5 切削加工条件切削加工条件的选择对于刀具寿命有相当大的影响。
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八种常用铣刀的名称和用途
八种常用铣刀的名称和用途在机械加工过程中，铣刀是一种重要的切削工具，其作用是对加工物料进行切削、铣削等加工。
鉴于铣刀的种类极其丰富，下文将从材质类别、形状类别、硬度类别等不同维度，为读者介绍八种常用的铣刀及其用途。
第一类：石墨铣刀石墨铣刀材质密度大，韧性和强度都比较好，可以在断裂撞击时不会产生碎屑。
其主要用途是加工硬度较高的金属材料，如耐磨钢、合金钢等。
此外，石墨铣刀也经常用于加工各类工模，深受模具加工厂家的欢迎。
第二类：球头铣刀球头铣刀是一种形状独特的铣刀，其与常规铣刀的不同之处在于其前端为球形，从而进一步增加了铣削的难度和复杂度。
这种铣刀主要用于加工复杂形状的零件以及凹陷部位的加工工艺，例如制作球面、倒角等。
第三类：T型槽铣刀T型槽铣刀是一种硬度比较高的砂轮铣刀，可用于加工淋型铸造、铝板、镁合金等材料。
由于其特殊的切削形状和锋利度，这种铣刀的适用范围也比较广泛，可用于钢铁冶炼、造船、汽车工业、航空航天等多个领域的铣削加工。
第四类：硬质合金铣刀硬质合金铣刀是一种常用的硬质合金工具，由于其硬度特别高，因此具有很强的耐磨性和韧性。
同时，它也是一种普遍用于加工黄铜、铝合金、红铜等材料的切削机床刀具。
第五类：曲线铣刀曲线铣刀可用于加工各种弧形零件和复杂形状工件，具有加工精度高、切削效率高等优点。
其主要用途是在钢铁冶炼、造船、汽车制造、航空航天等领域中，用于加工曲面部位的钢铁零件、船舶结构件、汽车各类轮轴等。
第六类：整体硬质合金铣刀整体硬质合金铣刀是一种厚重、坚固的铣刀，由整体钨钴硬质合金制成。
与传统的外置夹紧铣刀不同，它具有刚性高、耐磨性高、加工效率高等特点。
此外，由于其硬度高、强度大，因此也被广泛用于加工各种高强度、难加工的金属材料。
第七类：平铣刀平铣刀是一种比较常用的铣刀，其形状为平伸长型，切削刃为直线型或螺旋型。
它的主要作用是用于加工平面，满足不同要求的加工平面需求，如亚光面、高档面等。
此外，平铣刀也常用于加工零件表面的装饰处理，例如制作各种凹凸不平的花纹、图案等。
铣削加工的建议
在下面章节中，你将看到在使用上的一些一般建议，比如你执行加工时铣削参数的参考值。
1加工石墨的提示
只有在吸风被打开时，才允许加工石墨，否则石墨粉尘会泄露到加工舱外边。
吸风设备的最重要的任务是在机床工作舱内创建真空地带，以使石墨粉尘不能泄露到舱外。与锁定空气的吹风机一起，能在机床工作间内产生一个压力负荷，使石墨粉尘无法进入到机床工作空间内。
使用MOFF时，要确保吸风系统关闭之前刀具存放回刀库中。
在吸风系统关闭1分钟以后，清洁循环系统开始清扫过滤器，为此，从过滤器的里里外外吹压缩空气。
根据粉尘的容量，例如粗加工时，有必要非常频繁地清洁过滤器，以保持较好的吸风性能。指示器是显示吸风系统的强制压力—它应低于是1Kpa
对于临时清洁，吸风系统必须关闭，并且这时机床不再进行任何动作。我们建议按如下设置程序：
半精加工方案:为了获得最好的最终结果,使获得有保证,恒定的切削条件,下列方案对获得恒定的余量是很重要的.为此,建议对每一个刀具直径用两种不同的铣削方式(例如,用角度划分区域先等高加工后平行加工)这将获得大约0.1~0.2mm的均匀的较小余量，小于0.1mm的余量对某些应用是有用的.在精加工之前获得均匀的余量至关重要。
1.2探讨正确的石墨铣削加工
因为石墨很容易破损，在粗加工深轮廓和分层加工之前应先完成精加工平面。这样你将避免铣削易于破损的边缘。
用小切削量的面铣削功能能获取最好的粗加工效果。
尽管建议在加工石墨时使用很高切削速度，但是如果刀具按照小的有效进给，那么高转速将导致高磨损。这种情况下你应减小转速。
2探讨加工钢件
精加工方案:如果在加工轮廓上有许多陡壁和平面区域,那么为了对每个区域选择最好的方式,对它们独自铣削是有用的.但对无法避免的接痕是不利的.
基于金刚石涂层的石墨铣刀磨损特性研究
基于金刚石涂层的石墨铣刀磨损特性研究
周磊;卞玲玲;罗胜;李金乐
【期刊名称】《工具技术》
【年(卷),期】2024(58)5
【摘要】为深入分析金刚石涂层铣刀加工石墨的磨损机理以及对表面粗糙度的影响,采用单因素实验对石墨进行铣削加工,通过超景深显微镜对刀具的端齿进行测量,同时采用三维测量仪对刀具的周刃进行轮廓检测,并采用手持式粗糙度检测仪对加工表面进行粗糙度检测。
结果表明:石墨铣削加工中,刀具的磨损形式以磨粒磨损为主,随着切削距离的增加,刀具端齿磨损不断加剧,出现从涂层脱落到刃口崩缺的变化,而周刃刃口轮廓出现较大的磨损;工件表面粗糙度在垂直进给方向上随着刀具磨损和切削距离的增加而增大。
【总页数】4页(P57-60)
【作者】周磊;卞玲玲;罗胜;李金乐
【作者单位】株洲钻石切削刀具股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG714;TH117
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超细晶粒金刚石涂层刀具高速铣削石墨的切削性能研究
超细晶粒金刚石涂层刀具高速铣削石墨的切削性能研究杨小璠;李友生;鄢国洪;李超;许志龙
【期刊名称】《制造技术与机床》
【年(卷),期】2013(000)006
【摘要】选用超细晶粒和粗晶粒金刚石涂层的双刃整体硬质合金平头立铣刀,在相同切削参数下进行石墨的高速铣削加工试验.试验结果表明:超细晶粒金刚石涂层刀具具有良好的表面涂层性能,在切削过程中刀刃磨损均匀缓慢,刀具的使用寿命和工件的加工表面质量都优于粗晶粒金刚石涂层刀具,适合石墨等硬脆材料的高速切削加工.
【总页数】4页(P58-60,64)
【作者】杨小璠;李友生;鄢国洪;李超;许志龙
【作者单位】集美大学机械工程学院,福建厦门361000;厦门金鹭特种合金有限公司,福建厦门361000;厦门金鹭特种合金有限公司,福建厦门361000;集美大学机械工程学院,福建厦门361000;集美大学机械工程学院,福建厦门361000
【正文语种】中文
【中图分类】TG711
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热加工论坛—石墨铸铁的切削加工性能与组织
石墨铸铁的切削加工性能与组织钱立，张宏标，赵耀昌，陈剑平。
(1．河北工业大学；2．宏德铸造材料有限公司)铸造作为毛坯的提供者，既要满足产品设计者对材料使用性能的要求，又须面对后继工种对切削加工性能的挑剔，有时切削加工性能竞成为机加工与铸造之间争议和矛盾的焦点。
在汽车行业和电机行业，改善切削加工性的呼声已经喊了六十余年。
然而，研究难度大、跟踪周期长、投入经费大等致使材料的切削加工性问题一直未有中肯的解决方案。
如今人们追求“短平快”的风气盛行，被认为是为他人作嫁衣裳的加工性能研究，更是乏人涉足。
作为铸造工程业者，愿谈一下个人对这一问题的框架认识。
l 正确认识和对待切削加工性材料切削加工性的优劣应包含以下三个方面：1．加工工效2．刀具的磨耗与损伤(如崩刀、断刀、烧刀、粘刀等)程度3．工件的加工粗糙度和表面状况(如掉边、粘瘤、波纹、棱刺、亮带、黑点等)所以，切削加工性是工件一刀具一切削参数的综合反映，它以切削综合成本考核为终极目标。
在此，必须明确：1．材料的切削加工性，需视具体加工要求和切削条件而定。
因此，它有一定的相对性。
2．切削加工性的评判很复杂，其中既有可量化的内容，又有不可量化或难以量化的内容。
3．一种新材料的生命力首先在于它的使用性能和应用范围，不应该以原有材料去参比其切削加工性能。
比如对ADI以珠光体球铁的尺度去衡量其切削加工性能显然是不适当的。
人们应当在保证材料使用性能的前提下，研发适用的刀具材料、刀具几何结构以及相应的切削工艺参数。
4．改善切削加工性是加工部门和铸造部门的共同任务。
其中，铸造部门应提供组织稳定和均一的铸件，尽力消除组织中不利的相和相分布。
2 石墨铸铁的组织与切削加工性的关系石墨铸铁是指铸态组织中高碳相主要以石墨形态存在的铸铁，如灰铁、球铁和蠕铁等。
就材料而言，切削加工性与其物理和力学性能相关，其基本倾向为：①材料的强度、硬度高，则切削力大、切削温度高，切削加工性变差；②材料的导热性低，则切削热难以散失，切削温度高，切削加工性恶化；③材料塑性过高，断屑困难，则不易获得良好的加工表面质量，切削加工性不良；④材料脆性大，崩碎切屑会造成工件表面麻点，对切削加工性不利；等等。
石墨铣削加工刀具探讨
的熔点较高 ，易于脱模 ，可用做提炼黄金的磨具 。
由于石 墨零 件种类 较 多 ，零件 结 构 比较 复杂 ，尺 寸
精 度 及 表 面 质 量 要 求 较 高 ， 由于 石 墨 材 料 各 种 特
作者 简 介 ：刘易 ，男 ，２ ０ 年毕 业 于长 江 大学 计算 ０４ 机科 学 与应 用专 业 ，助理 工程 师 ，现 在 江钻 股 份公 司从 事 刀具 编程 工作 。
部气孔率大 、性脆 ，抗拉强度低 ，石墨材料易于切
削 ，机械 加工 性能 良好 。它可 用做 铅笔 芯 、墨水 、 墨 汁 ；石 墨 导 电 ，可用 做 电加 工 机床 的 电极 ；石 墨
钢刀具。比如选用硬质合金Ｙ ８ Ｇ 刀具 、高速钢涂层
ＴＣ 刀具 、硬 质合 金 涂 层 刀具 等 。 硬 质 合 金 是 南 ｉＮ ＷＣ、ＴＣ、ＴＣ、Ｎ Ｃ Ｃ 难 熔 金 属碳 化 物 以及 ｉ ａ ｂ 、Ｖ 等
第２ 卷 ２
第２ 期
江
汉
石
油
科
技
Ｖ０ ． ２ １ ２ Ｎｏ２ ．
２ ２ ６月 ０１ 年
ＪＡＮＧＨＡＮ Ｅ ＲＯＬ ＵＭ Ｃ Ｅ Ｅ ＡＮＤ Ｅ Ｉ Ｐ Ｔ Ｅ Ｓ Ｉ ＮＣ Ｔ ＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
Ｊｎ ２ ｌ ｕ ．０２
石 墨 铣 削 加 工 刀 具 探 讨
和切 削参数的合理应用，可以解决这些在石墨加工 中出现的质量 问题 ， 高加工的生产效率 ，降低加工的 提
成本 。
关键 词 ： 石墨；刀具；加工工艺；加工参数
石 墨是 一种 常见 常用 的非 金 属材料 ，由于其 特 殊 的结构 而且 有特 殊 的性质 ，石 墨的颜 色呈 黑色 。 石 墨 是 一 种 结 晶 形 碳 ，相 对 密 度 较 低 （ ．～２ ２１ ． ３）：① 耐 高温 性 ：石 墨 的熔 点 为 ３５ －５ ％ ，沸 ８０Ｉ ０ － 点 为４５ ％ ，即使经 超 高温 电弧灼 烧 ，重量 的损 失 ２０
石墨的机械加工工艺探讨
石墨的机械加工工艺探讨
石墨具有很好的导电和导热性能，所以在电子、光电、航空、航天等行业得到广泛应用。
石墨的机械加工工艺是指将石墨材料进行切削、钻孔、铣削、磨削等加工，以达到所需的尺寸、表面质量和形状。
1. 切削加工：石墨材料的切削加工常用的工具有铣刀、刀具、锯片等。
切削过程中需要注意加工速度、切削深度和刀具刃口的选择，以避免石墨材料的破裂和损坏。
2. 钻孔加工：石墨材料的钻孔可以使用普通的钻头进行，但需要注意控制切屑的产生和排除，以免影响加工质量。
钻孔过程中要适当提高进给速度，减少切削时间。
3. 铣削加工：石墨材料的铣削加工可以利用铣刀进行切削，常用的有立铣刀、球头铣刀等。
铣削加工时需要控制切削速度和进给速度，以免过热引起石墨材料的损坏。
4. 磨削加工：石墨材料的磨削加工可以利用砂轮或磨料进行磨削，常用的有平面磨削和圆柱磨削。
在磨削过程中需要注意选用合适的磨料、磨轮和磨削参数，以获得理想的表面质量。
总的来说，石墨的机械加工工艺需要根据具体的加工要求选择合适的切削、钻孔、铣削和磨削方法，同时要注意控制加工速度、进给速度和刀具、磨料的选择，以避免石墨材料的破裂和损坏，保证加工质量。
加工石墨的刀具选择—PCD刀具
加工石墨的刀具选择—PCD刀具石墨是碳的一种同素异形体，尤其石墨的高磨蚀性、耐高温等性能，广泛应用于模具、坩埚、点击、电池、电刷等领域。
但由于石墨质坚而脆，所以采用车、铣等常规机械加工方法时，旺旺在加工表面会产生崩损现象。
因此车、铣加工石墨模/石墨电极等制品时，切削刀具需具备高的耐磨损性和抗冲击性。
本文就重点介绍一下车、铣加工石墨模具/石墨电极等制品的刀具材质选择，及其加工刀具的规格型号选择。
1、石墨制品的介绍（1）石墨制品之石墨模具的介绍模具作为工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备，大到机身外壳，小到一个螺丝，都是根据成型模具，通过冲压、锻压、压铸、挤压、注塑等方式使坯料成为符合产品要求的零件。
模具的形状和加工质量、精度决定着产品的外形和质量。
近年来随着模具行业飞速发展，石墨以其良好的物理和化学性能逐渐成为模具制作的理想选择材料。
现如今许多产业部门，如机电、汽车、家电轻工、电器仪表、通讯、军械等行业的发展均依赖于模具工业的技术提高和发展。
(2）石墨制品之石墨电极的介绍石墨电极是指以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂，经过原料煅烧、破碎磨粉、配料、混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化和机械加工而制成的一种耐高温石墨质导电材料，称为人造石墨电极（简称石墨电极）。
石墨电极的优点是加工较容易，放电加工去除率高，石墨损耗小，因此，部分群基火花机客户放弃了铜电极而改用石墨电极。
目前石墨电极主要用于电弧炼钢炉，矿热电炉，电阻炉等行业，同时石墨电极的毛坯还用于加工成各种坩埚、模具、舟皿和发热体等异型石墨产品。
（3）石墨制品之石墨坩埚的介绍石墨坩埚，又称熔铜包、熔铜等，是指以石墨、粘土、硅石和腊石为原料烧制而成的一类坩埚。
石墨坩埚具有耐高温、导热性能强、热膨胀系数小、抗腐蚀性能好，化学稳定性强，使用寿命长等特点。
被广泛用于合金工具钢冶炼和有色金属（紫铜、黄铜、金、银、锌和铅）及其合金的冶炼。
（4）其他石墨制品介绍除了以上是那种零部件，石墨广泛用于耐火材料、导电材料、耐磨材料、润滑剂、耐高温密封材料、耐腐蚀材料、隔热材料、吸附材料、摩擦材料和防辐射等材料中，这些材料广泛应用于冶金、石油化工、机械工业、电子产业、核工业和国防等。
数控加工铣石墨用什么铣刀、刀具？
数控加工铣石墨用什么铣刀、刀具？1、加工石墨刀具涂层与棒材选择加工石墨，若对精度等方面要求高，首先推荐金刚石涂层，或者类金刚石涂层。
金刚石涂层刀具与普通涂层刀具的几何角度有本质区别，因此，在设计金刚石涂层刀具时，由于石墨加工的特殊性，其几何角度可适当放大，容屑槽也变大，而不会降低刀具刃口的耐磨性。
对于石墨刀具，普通的TiAlN涂层可在选材上适当选择韧性相对好一点的，也就是钴含量稍高一点的；目前，还有很多新型的涂层，硬度高、耐磨性好、摩擦系数低也可以用来加工石墨。
棒材方面，采用超细晶粒硬质合金棒材是很好的选择之一。
当然，粗加工石墨也可以用高速钢棒材刀具。
2、铣削石墨该采用什么样的几何角度石墨专用刀具选择合适的几何角度，有助于减小刀具的振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺。
①前角：采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击和摩擦的性能好，随着负前角绝对值的减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角的增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。
负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。
②后角：如果后角增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。
刀具后角过大后，切削振动加强。
③螺旋角：螺旋角较小时，同一切削刃上同时切入石墨工件的刃长最长，切削阻力最大，刀具承受的切削冲击力最大，因而刀具磨损、铣削力和切削振动都是最大的。
当螺旋角较大时，铣削合力的方向偏离工件表面的程度大，石墨材料因崩碎而造成的切削冲击加剧，因而刀具磨损、铣削力和切削振动也都有所增大。
因此，刀具角度变化对刀具磨损、铣削力和切削振动的影响是前角、后角及螺旋角综合产生的，所以在选择时一定要多加注意。
3、加工石墨的铣削条件切削加工条件的选择对于刀具寿命有相当大的影响。
①切削方式（顺铣和逆铣）：顺铣的切削振动小于逆铣。
顺铣时，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较大。
石墨铣刀用途
石墨铣刀用途石墨铣刀是一种专门用于加工石墨材料的刀具，它的用途广泛，可以应用于许多不同的行业和领域。
以下是石墨铣刀的一些主要用途的详细介绍：1. 机械加工行业：石墨铣刀广泛应用于机械加工行业，用于铣削石墨零件的加工。
石墨材料具有良好的导电性和热导性能，因此在电子、精密仪器和其他机械制造设备中得到广泛应用。
石墨铣刀在机械加工行业中的用途包括制造电阻、导电垫片、导电胶带、导热垫片、石墨仪表等等。
2. 电子行业：石墨铣刀在电子行业中也具有重要的应用，尤其是在半导体领域。
石墨材料在半导体制造过程中被广泛使用，石墨铣刀用于加工石墨电极、石墨部件和石墨电子材料等。
石墨铣刀在电子行业中的用途包括制造集成电路、半导体器件、电子元件等等。
3. 航天航空领域：石墨铣刀在航天航空领域中也有广泛应用。
石墨材料具有良好的高温和高压性能，因此在航天航空领域中被广泛应用于制造航天器、航天发动机、航空发动机和其他航空航天设备的关键部件。
石墨铣刀在航天航空领域中的用途包括制造喷嘴、火箭燃烧室、热防护材料等等。
4. 汽车制造业：石墨铣刀在汽车制造业中也得到广泛应用。
汽车制造过程中需要使用大量的石墨零件和石墨材料，石墨铣刀用于加工汽车发动机部件、刹车系统部件、燃料系统部件等等。
石墨铣刀在汽车制造业中的用途包括制造发动机缸盖、汽车刹车盘、汽车喷嘴等等。
5. 电池制造业：石墨铣刀在电池制造业中也有重要应用。
电池制造过程中需要使用石墨材料，石墨铣刀用于加工电池电极和其他相关部件。
石墨铣刀在电池制造业中的用途包括制造锂离子电池、铅酸电池、氢燃料电池等等。
综上所述，石墨铣刀是一种非常重要的刀具，它具有广泛的用途。
无论是在机械加工行业、电子行业、航天航空领域、汽车制造业还是电池制造业，石墨铣刀都扮演着不可或缺的角色。
通过使用石墨铣刀，可以实现对石墨材料的精确加工，满足不同领域对石墨零件和石墨材料的需求。
因此，石墨铣刀在现代工业生产中具有重要意义，对提高加工效率和产品质量起着至关重要的作用。
超细晶粒金刚石涂层刀具高速铣削石墨的切削性能研究
ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｓ ｉ ｓ ｓ ｌ ｏ ｗ ａ ｎ ｄ ｅ ｖ ｅ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｎ ｉ ｔ ｓ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎｇ ｌ ｉ ｆ ｅ ａ ｎ ｄ ｑ ｕａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｆ ｉ ｎ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｓ ｕ ｆａ ｒ ｃ ｅ ａ ｒ ｅ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ａ ｒ ｓ ｅ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｅ ．Ｓｏ ｔ ｈ ｅ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ —ｆ ｉｎ ｅ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｄｉ ａ ｍｏ ｎ ｄ ｃ ｏ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｉ ｆ ｔ ｆ ｏ ｒ ｈｉ ｇ ｈ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｈ ａ ｒ ｄ—ｂ ｒ ｉ ｔ ｔ ｌ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ — ａ ｌ ｓ，ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：Ｕｌ ｔ ｒ ａ —ｆ ｉｎ ｅ Ｇｒ ａ ｉ ｎ Ｄｉ ａ ｍｏ ｎｄ Ｃｏ ａ ｔ ｅ ｄ；Ｇｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ；Ｃｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｌｉ ｆ ｅ；Ｓ ｕ ｆａ ｒ ｃ ｅ Ｒｏ ｕ ｇ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ
表 面粗 糙度
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ． ． ｆ ｉ ｎ ｅ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｄ ｉ ａ ｍｏ ｎ ｄ ｃ ｏ ａ ｔ ｅ ｄ
聚晶金刚石刀具切削各向同性热解石墨过程中的磨损机理
聚晶金刚石刀具切削各向同性热解石墨过程中的磨损机理王 奔1 刘东玺1 王明海1,2印文典1 郑耀辉11.沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室,沈阳,1101362.北京航空航天大学,北京,100191摘要:针对各向同性热解石墨切削过程中刀具磨损过快的问题,采用聚晶金刚石(P C D )刀具进行了切削加工试验㊂研究了切削过程中P C D 刀具的磨损形式㊁磨损规律以及刀具磨损对表面加工质量的影响㊂试验结果表明:P C D 刀具磨损主要发生在后刀面上,磨损形式为磨粒磨损和氧化磨损㊂磨损区域可以分为平行沟槽和严重磨损两种形貌㊂初始磨损阶段,磨损带长度急剧增大,并在切削1200m 后进入正常磨损阶段㊂切削过程中还出现了石墨切屑在磨损区域的黏附堆积和刀具崩刃现象㊂切削初期,随着切削距离的增大,加工表面粗糙度值急剧增大,切削距离为600m 时表面粗糙度达到最大值1.7μm ㊂关键词:各向同性热解石墨;聚晶金刚石刀具;刀具磨损;表面粗糙度中图分类号:T H 161 D O I :10.3969/j.i s s n .1004‐132X.2015.20.005W e a rM e c h a n i s mo f P C DT o o l d u r i n g C u t t i n g o f I s o t r o p i cP y r o l y t i cG r a ph i t e W a n g B e n 1 L i uD o n g x i 1 W a n g M i n g h a i 1,2 Y i n W e n d i a n 1 Z h e nY a o h u i 11.K e y L a b o r a t o r y o f F u n d a m e n t a l S c i e n c e f o rN a t i o n a lD e f e n s e o fA e r o n a u t i c a lD i gi t a l M a n u f a c t u r i n g P r o c e s sS h e n y a n g A e r o s p a c eU n i v e r s i t y ,S h e n y a n g,1101362.B e i h a n g U n i v e r s i t y ,B e i j i n g,100191A b s t r a c t :A c c o r d i n g t o t h e r a p i d t o o lw e a r d u r i n g c u t t i n g o f i s o t r o p i c p y r o l y t i c g r a p h i t e ,a t u r n i n ge x p e r i m e n t of i s o t r o p i c p y r o l y t i cg r a phi t ew a s c o n d u c t e du s i n g PC Dt o o l s .T h ew e a r f o r m a t i o n o f P CD t o o l ,t o o l l i f e a n d t h e e f f e c t s o f t o o lw e a r o n t h em a c h i n e ds u r f a c ew e r e s t u d i e d .B a s e do nt h e e x p e r i -m e n t a l r e s u l t s a n d a n a l y s e s ,t h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e P C D t o o l w e a rm a i n l y oc c u r r e s i n t h e f l a n k f a c e ,a nd t h ewe a rf o r m s a r e a b r a s i v ew e a r a n d o x i d a t i o nw e a r .T h ew e a r a r e a c a nb e d i v i d e d i n t o t w ok i n d so fm o r p h o l o g y :p a r a l l e l g r o o v e s a n d s e v e r ew e a r .T h e l e n g t h o fw e a r r e gi o n i s i n c r e a s e d f a s t i n t h e f i r s t s t a g e .W h e n t h e c u t t i n g d i s t a n c e i s l a r g e r t h a n 1200m ,t h e c u t t i n g t o o l e n t e r s t h e n o r m a lw e a r s t a ge .B e s i d e s ,c h i p a c c u m u l a t i o n i nw e a r r e g i o na n d t o o l e d g ec h i p p i n g a p p e a r i nt h ec u t t i n gpr o c e s s .W i t h t h e i n c r e a s e o f c u t t i n g d i s t a n c e ,t h e r o u gh n e s so fm a c h i n e ds u r f a c e i n c r e a s e s f a s t .A n d t h em a x i m u m r o u g h n e s s i s a s 1.7μm w h e n t h e c u t t i n g di s t a n c e i s o f 600m.K e y wo r d s :i s o t r o p i c p y r o l y t i c g r a p h i t e ;p o l y c r y s t a l l i n ed i a m o n d (P C D )t o o l ;t o o lw e a r ;s u r f a c e r o u gh n e s s 收稿日期:20150121基金项目:国防基础科研计划支持项目0 引言各向同性热解石墨不仅具有传统碳质材料的共性优点,如耐高温㊁高导热/导电性㊁耐磨性和润滑性等,而且相对于碳/碳复合材料还具有气密性好㊁抗粘结性强㊁热膨胀系数低和对高低温交变的适应性良好[1‐3]等特点㊂目前,各向同性热解石墨已经成为机械密封领域中关键部件的首选材料,主要应用于航空航天㊁精密机械㊁核工程㊁医学等现代高科技行业,例如飞机的刹车盘㊁航空发动机涡轮轴间密封环㊁固体火箭发动机喷管喉衬部件㊁医学人工心瓣等[4‐5]㊂各向同性热解石墨材料属于脆性材料,硬度很高,在较小的弹性变形之后就会发生脆性断裂㊂另外,在各向同性热解石墨的制备过程中,由于设备㊁理论和工艺的不完善,在其内部的局部区域存在孔隙㊁夹杂硬质颗粒㊁裂纹等组织缺陷,这些组织缺陷会严重影响加工过程的稳定性和成品件的加工质量[6‐9]㊂各向同性热解石墨切削加工过程中的问题较多,主要集中在表面加工质量和形面精度低㊁边缘断裂和崩角现象严重㊁刀具磨损严重[3]等,其中,刀具磨损严重已经成为限制各向同性热解石墨广泛应用的瓶颈㊂国内外学者对石墨材料加工过程中刀具磨损机理进行了研究㊂钟启茂[10]研究了金刚石涂层㊃1272㊃聚晶金刚石刀具切削各向同性热解石墨过程中的磨损机理王 奔 刘东玺 王明海等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.刀具高速铣削石墨时的磨损形态与过程,发现金刚石涂层刀具的磨损形式为薄膜的破损脱落,较大的切削用量㊁切削过程中的交变载荷和交变应力㊁积屑瘤等因素是造成涂层薄膜脱落的主要原因㊂闫秋生[11]研究了A G 2陶瓷刀具和YG 类硬质合金刀具切削烧结石墨材料时的刀具磨损机理,发现磨料磨损和粘结磨损是刀具的两种主要磨损形式,磨损区域主要发生在刀具的后刀面㊂杨小璠等[12]研究了具有超细晶粒和粗晶粒金刚石涂层的双刃整体硬质合金铣刀加工G S K 高纯度石墨的刀具磨损情况,发现细晶粒的金刚石涂层刀具表面涂层性能良好,刀具磨损缓慢,刀具寿命是粗晶粒金刚石涂层刀具寿命的1.4倍,磨粒磨损㊁粘结磨损以及早期涂层脱落是刀具主要的磨损形式㊂魏莎莎等[13]研究了C V D 金刚石涂层刀具和硬质合金刀具切削石墨时的刀具磨损情况,发现硬质合金刀具在很短的时间内发生剧烈磨损㊂C V D 金刚石涂层铣刀在铣削石墨材料时表现出较高的耐用度和良好的抗黏着性,刀具寿命是未涂层的硬质合金刀具寿命的10~20倍㊂M a s u d a 等[14]研究了用硬质合金刀具切削石墨和热解碳时的刀具磨损问题,发现石墨材料发生脆性裂断,产生的石墨颗粒沿前刀面流出,刀具磨损区域主要在前刀面,磨损形式是月牙洼㊂C a b r a l等[15]研究了采用时效处理的C V D 金刚石刀具切削石墨的刀具磨损问题,发现刀具磨损区域主要在前刀面和后刀面,而且切削过程中产生的颗粒状石墨切屑会加速刀具磨损㊂聚晶金刚石(P C D )是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金刚石微颗粒聚集烧结合成的多晶体材料[16]㊂由于金刚石微颗粒在空间上排列呈无序状态,所以聚晶金刚石的整体表现为各向同性,再加上硬度高且硬度均匀㊁热膨胀系数低㊁弹性模量高和摩擦因数小等诸多优点,使聚晶金刚石成为一种理想的超硬刀具材料㊂P C D 刀具刃口锋利,硬度高达8000M P a ,而且P C D 刀具前刀面比较光滑,表面粗糙度甚至可达0.1μm ,切屑可以很容易地沿前刀面流出㊂另外,P C D 刀具与非金属材料间的亲和力很小,从而可以避免切屑在前刀面大量堆积[17]㊂目前,P C D 刀具在非金属硬脆材料如高耐磨材料㊁复合材料㊁高硅铝合金及其他韧性有色金属材料的精密加工领域得到了广泛的应用[18‐21]㊂因此,P C D 刀具也是切削各向同性热解石墨的理想刀具㊂性热解石墨材料切削过程中P C 的研究较少㊂本文以P C D 刀具和硬质合金刀具车削各向同性热解石墨作为研究对象,重点分析了车削加工过程中P C D 刀具的磨损形式和刀具磨损规律,并研究了各向同性热解石墨表面质量变化规律㊂1 切削试验1.1 刀具和试件材料试验使用P C D 刀具和硬质合金刀具,前角为-20°,后角为5°,刀尖圆弧半径为2mm ,其中,P C D 刀具中金刚石微颗粒的粒度为10μm ㊂P C D刀具的形貌如图1所示㊂为了便于观察刀具的磨损情况,采用的是可装夹式的刀具(有利于保证每次测量前后刀具相对工件的位置保持不变)㊂试件材料为各向同性热解石墨,基本性能参数见表1㊂表2为能谱仪(E D S )分析的各向同性热解石墨化学元素成分结果㊂(a )P C D 刀具整体形貌(b)后刀面图1 P C D 刀具的形貌表1 各向同性热解石墨材料的基本参数密度(g/c m 3)肖氏硬度抗折强度(M P a)抗压强度(M P a)1.78110150250弹性模量(G P a )热膨胀系数(10-6/℃)热导率(W /(M ㊃K ))显微硬度(M P a )20.06.5050.0600表2 各向同性热解石墨材料的质量分数㊃2272㊃中国机械工程第26卷第20期2015年10月下半月1.2 试验条件切削参数设置如下:切削速度v c= 100m/m i n,切削深度a p=0.06mm,进给量f= 25μm/r㊂在车削试验的过程中,采用基恩士V H X‐2000型超景深三维显微系统观察刀具磨损区域的形貌,并记录刀具后刀面的磨损带宽度B 和磨损带长度d;采用X射线能谱仪(E D S)对加工后的P C D刀具磨损区域表面元素进行分析,同时采用拉曼光谱(HO R I B A,L a b R AM H R800)对P C D刀具后刀面存在的化合物进行分析;用T R240表面粗糙度仪检测已加工表面粗糙度,为了增加测量结果的准确性和有效性,每个取样点测量10次,然后取其算术平均值㊂2 结果与讨论2.1 刀具磨损形式各向同性热解石墨属于脆性材料,切削加工过程中产生的切屑与前刀面的接触距离很短,而且石墨切屑产生的塑性变形小,因此,P C D刀具前刀面磨损较小㊂图2所示为切削300m后刀具的磨损形貌㊂从图2a可以看出,当切削距离达到300m时,前刀面上磨损很小,在放大倍数为100的显微镜下观察不到任何磨损迹象㊂从图2b可以看到,后刀面磨损区域分布着深度和长度各异的磨损沟槽,沟槽的方向平行于切削方向,相邻两条沟槽之间的距离与金刚石微颗粒的粒度大小相当㊂同时,P C D刀具磨损区域可以分为严重磨损的A区域与平行沟槽的B区域两部分㊂此时硬质合金刀具的磨损情况如图2c㊁图2d所示㊂从前刀面来看,前刀面上没有发现明显的磨损迹象,圆弧形刀尖已经被磨损成直线形,线段的长度约521μm㊂与P C D磨损形貌相似,硬质合金刀具后刀面磨损区域也是平行沟槽状的磨损形貌,而且相邻两沟槽之间的距离变化较大㊂从刀尖区域的快速磨损来看,硬质合金刀具不适合作为各向同性热解石墨材料的切削刀具㊂由图2b可以看出,P C D刀具磨损区域的形状类似抛物线,而且可以分为严重磨损的A区域㊁平行沟槽的B区域两种存在差异的形貌㊂图3所示为石墨试件和刀具的相对位置㊂刀尖A区域是实际参与切削加工的刀具区域,该部分刀具切削刃及后刀面所承受的冲击载荷和切削应力都比较大,因此,A区域刀具磨损也比较严重;刀尖B区域实际参与切削加工过程的程度有限,该部分刀具的主要作用是修整已加工表面,刀具后刀面与试件之间的接触方式主要是滑动摩擦,在切(a)P C D刀具前刀面(b)P C D刀具后刀面(c)硬质合金刀具前刀面(d)硬质合金刀具后刀面图2 切削300m后刀具磨损区域的形貌削加工过程中产生的一些硬质颗粒难免会进入滑动摩擦副,从而对B区域刀具后刀面产生 划擦”作用,因此,B区域刀具出现平行沟槽磨损现象㊂从P C D刀具的磨损形貌来看,P C D刀具的磨损形式之一是磨粒磨损㊂最初的后刀面磨损是由各向同性热解石墨中的球形硬颗粒碳㊁夹杂的㊃3272㊃聚晶金刚石刀具切削各向同性热解石墨过程中的磨损机理 王 奔 刘东玺 王明海等Copyright©博看网. All Rights Reserved.图3 刀具和试件相对位置硬质颗粒引起的磨损㊂随着切削距离的增加,后刀面上磨损更严重㊂这导致刀具后角减小,后角减小增加了摩擦阻力㊂另外,P C D材料烧结时所用的钴等金属结合剂也因为脆性断裂而失去其应有的作用,金刚石微颗粒就会脱离刀具表面[22‐23]㊂在交变载荷和交变应力的综合作用下,这些硬质颗粒在已加工表面和P C D刀具后刀面之间滚擦,并对P C D刀具的后刀面形成 划擦”作用㊂通过检测,两条相邻沟槽之间的距离为9~12μm,结合P C D刀具中金刚石微颗粒粒度(10μm)可以看出,两者大小基本一致㊂因此,由磨损区域两条相邻平行沟槽的间距与金刚石微颗粒粒度的关系可知,金刚石微颗粒对P C D刀具后刀面的 划擦”作用是形成平行沟槽磨损形貌的主要原因㊂随着金刚石微颗粒的持续脱落,后刀面将产生更剧烈的磨损㊂各向同性热解石墨的主要结构单元为球形颗粒状碳结构,由于球形颗粒状碳结构内部材料致密㊁石墨化程度低以及球形颗粒碳结构的尺寸较小等因素,导致球形颗粒的硬度比较高[8]㊂因此,石墨材料中的球形颗粒碳㊁夹杂的硬质颗粒也是造成P C D刀具后刀面平行沟槽磨损形貌的原因之一㊂硬质合金刀具后刀面平行沟槽状磨损形貌主要由夹杂的硬质颗粒㊁颗粒状切屑等硬质点造成㊂由于这些硬质点的尺寸大小不一,故形成的两平行沟槽的间距变化也比较大㊂为进一步研究P C D刀具的磨损机理,采用能谱仪(E D S)对刀具后刀面的表面化学元素进行分析㊂P C D刀具表面能谱分析的检测位置如图4a 所示,其中,1点为刀具基体即刀具基体,2点为B 区域即刀具平行沟槽磨损区域,3点为A区域即刀具表面产生严重磨损区域㊂图4b为图4a中第2点处的检测结果㊂结合能谱仪对P C D刀具后刀面的表面化学元素分析结果,P C D刀具表面C㊁O㊁C o㊁W四种化学元素的质量分数变化情况见表3㊂(a)P C D刀具表面元素分析检测位置(b)2点处的检测结果图4 能谱仪检测位置和检测结果表3 P C D刀具后刀面3个取样点化学元素的质量分数%取点序号C O C o W197.140.011.021.83299.050.070.270.61399.090.170.340.40从表3可以看出,P C D刀具磨损前后C㊁O 元素含量有所增加,C o㊁W元素含量有所减少㊂化学元素含量的变化表明P C D刀具在切削各向同性热解石墨的过程中发生了氧化磨损㊂切削速度为100m/m i n左右时,切削温度高达500℃,而且切削温度与切削速度成线性关系[14]㊂P C D刀具后刀面磨损区域和切削刃区域的温度则会更高㊂由于温度的升高,P C D刀具表面可能逐渐发生一系列氧化反应,如金属钴与氧气发生氧化反应生成氧化钴;金刚石颗粒与氧气发生氧化反应生成一氧化碳和二氧化碳;一氧化碳和金刚石颗粒发生氧化反应生成二氧化碳和石墨㊂其中对P C D刀具磨损影响最严重的是金属钴与氧气的氧化反应,金属钴元素在P C D刀具材料中充当结合剂的作用,由于氧化反应造成金属钴元素的流失,进而导致P C D刀具中金刚石微颗粒的大量脱落,刀具磨损也会更加剧烈㊂上述一系列氧化反应的化学反应式如下:C o+O2→C o3O4+C o OC(金刚石)+O2→C O+C O2C O+C(金刚石)→C O2+C(石墨)㊃4272㊃中国机械工程第26卷第20期2015年10月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.2.2 刀具磨损规律为了研究P C D 刀具磨损规律,对刀具磨损区域进行了检测㊂图5a 为P C D 刀具后刀面磨损带长度d 和宽度B 的测量示意图㊂图5b ㊁图5c 所示为整个切削过程中P C D 刀具后刀面磨损带的变化情况㊂从刀具磨损带的宽度来看,刀具磨损速度变化趋势较稳定,且磨损速度一直减小㊂而从刀具磨损带的长度来看,切削初期,P C D 刀具磨损量急剧增大,切削距离s =1200m 时进入稳定磨损阶段㊂从图5b ㊁图5c 可以看出,切削距离达到4800m 之后,刀具磨损速度开始明显加快,即P C D 刀具磨损进入急剧磨损阶段㊂(a)刀具磨损测量示意图(b )P C D刀具后刀面磨损带宽度曲线(c )P C D 刀具后刀面磨损带长度曲线图5 后面磨损曲线随着切削距离的增加,后刀面上一部分A 区域逐渐被石墨切屑所覆盖㊂当切削距离达到5800m 时,切屑的覆盖区域已经接近切削刃,而且之前出现在磨损区域中较深的沟槽内也开始逐渐出现石墨覆盖现象㊂另外,平行沟槽磨损区域也开始变得模糊,有一部分平行沟槽已经完全消失㊂后刀面的磨损情况如图6a 所示㊂切削刃出现了连续微崩刃式的破损,而且微破损区域已经扩展到了前刀面上,如图6b 所示㊂在P C D 刀具施加的切削力的作用下,各向同性热解石墨材料以解理㊁崩碎形成小碎块的形式脱离试件,在已加工表面上形成不同大小和深度的凹坑,进而导致刀具和试件之间的接触不连续,即切削过程中存在着 空切”阶段,而且各向同性热解石墨材料内部存在的气孔㊁裂纹等组织缺陷也会进一步造成切削过程的非连续性[6‐7,9]㊂因此,在切削加工过程中交变载荷和交变应力的综合作用下,P C D 刀具切削刃就会产生微裂纹,并在加工过程中逐渐扩展,最终导致P C D 刀具崩刃㊂另外,切削加工系统的颤振以及切削参数选择不当也可能是导致刀具崩刃的重要因素㊂(a)后刀面(b)前刀面图6 持续切削至5800m 时P C D 刀具的磨损变化情况切屑形状的变化与刀具的磨损过程紧密相关㊂为进一步研究刀具的磨损机理,对切削过程中的切屑形状进行了检测㊂各向同性热解石墨的切屑为颗粒状,且随切削距离的增加,切屑尺寸逐渐增大㊂切削距离分别为100m 和900m 时的各向同性热解石墨切屑形态如图7所示㊂可以看出,当s =100m 时,各向同性热解石墨切屑的最大对角尺寸约70~95μm ;当s =900m 时,各向同性热解石墨切屑的最大对角尺寸约200~250μm ㊂当s =100m 时,刀具具有较好的锋利性,切削时材料的变形区域相对较小,因此,产生㊃5272㊃聚晶金刚石刀具切削各向同性热解石墨过程中的磨损机理王 奔 刘东玺 王明海等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.的切屑尺寸较小;当s =900m 时,刀具磨损较严重,刀具与材料的接触面积较大,切削过程中材料的变形区域较大,导致产生的切屑尺寸较大㊂(a )s =100m(b )s =900m图7 各向同性热解石墨切屑形态各向同性热解石墨主要结构单元为球形颗粒状碳结构,在沉积过程中就会因为相互搭接而形成一定孔隙(孔隙内分布着片状或者带状的石墨晶体)㊂石墨晶体是六角环形网格堆积而成的层状结构,层与层之间的结合力很弱㊂因此,石墨与后刀面摩擦的过程中,石墨晶体容易发生层间解离,形成碎断的石墨鳞片并黏附在刀具后刀面的磨损区域上[2]㊂这也解释了C 元素参与上述一系列氧化反应后质量反而增加的原因,O 元素的质量分数则由于钴㊁钨等元素的减少而相应地增加㊂为了验证切削过程中发生了石墨转移现象,采用拉曼光谱(HO R I B A ,L a b R AM H R 800)对刀具磨损区域表面存在的化合物进行分析㊂结果如图8所示,石墨峰的出现证明了P C D 刀具后刀面磨损区域石墨的存在㊂2.3 加工表面质量切削距离不同时的各向同性热解石墨加工表面形貌如图9所示㊂当s =100m 时即切削初期,P C D 刀具切削刃相对锋利,加工表面质量好,已加工表面平滑且凹坑深度小㊂当s =600m 时,刀具磨损愈加严重而且此时石墨转移不充分,加工表面质量差,表面出现较大的凹坑㊂当s =1500m 时,石墨切屑在P C D 刀具后刀面达到了充分黏附,一方面延缓了刀具磨损,另一方面改变了图8 P C D 刀具表面成分分析结果刀具与试件之间的摩擦性质,加工表面质量有所改善㊂(a )s =100m(b )s =600m(c )s =1500m图9 试件加工表面形貌为进一步检测加工表面质量,对石墨表面轮廓及表面粗糙度进行了分析㊂切削距离分别为600m 和1950m 时,P C D 刀具加工得到的各向同性热解石墨试件表面微观形貌如图10所示㊂选取图10中A 点为测量起点,B 点为测量终点,图10b 所示为A ㊁B 两点连线的表面轮廓曲㊃6272㊃中国机械工程第26卷第20期2015年10月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.(a)轮廓测量位置(b)表面轮廓对比图10 加工表面的微观形貌线㊂从图10b 可以观察到,s =600m 时,P C D 刀具的加工表面分布着较大的凹坑和凸峰,起伏范围也比较大,加工表面的最大高度差为105μm ;s =1950m 时,P C D 刀具的加工表面质量明显变好,加工表面的最大高度差为20.15μm ,无论是凹坑的深度还是凸峰的高度相比s =600m 时的加工表面都要小且分布比较均匀㊂加工表面粗糙度R a 与P C D 刀具切削距离的关系如图11所示㊂切削距离小于600m 时,已加工表面粗糙度急剧上升,并在切削距离为600m 时达到了最大值1.7μm ,随后已加工表面粗糙度减小,当切削距离大于1200m 时,表面粗糙度呈现出波浪式变化趋势,上下变化的浮动值约0.4μm ,表明P C D 刀具具有良好的切削稳定性㊂图11 表面粗糙度与切削距离的关系切削初期,P C D 刀具磨损非常快,导致表面粗糙度R a 急剧增大㊂随着切削距离的增加,石墨切屑开始黏附堆积在P C D 刀具的磨损区域㊂当s >600m 时,滑动摩擦副关系由原来的P C D 刀具与石墨之间的摩擦变为石墨与石墨之间的摩擦,摩擦因数逐渐减小,已加工表面粗糙度也会相应地减小㊂但是,石墨切屑在P C D 刀具磨损区域的堆积并不是十分牢固,在切削加工过程中还会不断地从P C D 刀具上破损脱落,与此同时,新产生的石墨切屑还会在磨损区域再次堆积㊂当s >1200m 时,石墨切屑在P C D 刀具磨损区域的黏附堆积是一个动态变化过程,即堆积 破损脱落 再堆积,这也是导致已加工表面粗糙度呈现波浪式变化的原因㊂3 结论(1)P C D 刀具切削各向同性热解石墨材料时刀具磨损主要发生在后刀面上,磨损区域分为平行沟槽和严重破损两种存在差异的磨损形貌,相邻两沟槽之间的距离与P C D 刀具材料中金刚石微颗粒的粒度相当,约9~12μm ,磨损形式是磨粒磨损和氧化磨损㊂硬质合金刀具磨损非常快,作为各向同性热解石墨材料的切削刀具具有较大的局限性㊂(2)随着切削距离的增加,P C D 刀具磨损区域的形状发生了明显变化,由抛物线向长方形演变㊂切削过程中还出现了石墨切屑在刀具磨损区域的堆积和P C D 刀具切削刃崩刃现象㊂(3)切削初期,已加工表面粗糙度值急剧增大,并在s =600m 时达到最大值1.7μm ㊂随后已加工表面粗糙度值减小并呈波浪式变化,这主要是因为石墨切屑在P C D 刀具磨损区域的动态黏附堆积改变了刀具与已加工表面之间的接触状态㊂参考文献:[1] W a n g M H ,W a n g W ,H u a n g S T ,e ta l .S t u d y on t h eM e c h a n i s mo fD i a m o n d W e a r i nP r e c i s i o nC u t -t i n g o f I s o t r o p i cP y r o l y t i cG r a p h i t e [J ].K e y E n g i -n e e r i n g M a t e r i a l s ,2012,499:168‐172.[2] 康晓峰.各向同性热解石墨切削机理研究[D ].沈阳:沈阳航空工业学院,2010.[3] 聂鹏,康晓峰,王明海,等.各向同性热解石墨超精密车削加工机理研究[J ].机械设计与制造,2011(6):177‐179.N i e P e n g ,K a n g X i a o f e n g ,W a n g M i n gh a i ,e ta l .S t u d y o nU l t r a ‐p r e c i s i o nT u r n i n g M e c h a n i s mf o r I -s o t r o p i cP y r o l y t i c G r a p h i t e [J ].M e c h a n i c a lD e s i g n a n d M a n u f a c t u r i n g,2011(6):177‐179.[4] 张淑娟,王俐.浅析热解石墨的制造与应用[C ]//中国电工技术学会碳 石墨材料专业委员会第十五届学术会议.成都,1994:216‐219.㊃7272㊃聚晶金刚石刀具切削各向同性热解石墨过程中的磨损机理王 奔 刘东玺 王明海等Copyright ©博看网. 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石墨薄壁件高速铣削加工研究的开题报告
石墨薄壁件高速铣削加工研究的开题报告一、研究背景石墨薄壁件是一种应用广泛的材料，被广泛应用于航空、汽车、机械等行业中。
其具有重量轻、硬度高、耐磨损等优点，同时也有较好的导电、导热性能。
因此，对于石墨薄壁件的加工技术的研究具有重要的意义。
现代数控技术的发展，使得高速铣削技术成为了加工石墨薄壁件的重要手段。
本文将通过开展石墨薄壁件高速铣削加工研究，探究高速铣削技术在石墨薄壁件加工中的应用。
二、研究内容本文将围绕石墨薄壁件高速铣削加工展开探究，研究内容包括以下几个方面：1、石墨薄壁件的加工特性研究首先，本文将对石墨薄壁件的加工特性进行研究，包括石墨薄壁件的结构特征、物理性质、工艺特性等。
2、高速铣削技术原理研究高速铣削技术以其高效、精度高、表面质量好等优点，被广泛应用于各行各业的加工中。
本文将对高速铣削技术的原理进行研究，包括铣削力学原理、加工参数等。
3、高速铣削加工实验研究为了探究高速铣削技术在石墨薄壁件加工中的应用，本文将开展高速铣削加工实验。
实验将通过对不同加工参数的调整，探究不同条件下石墨薄壁件的加工效果，并得出加工最佳参数。
4、研究结果分析及展望在高速铣削加工实验结束后，我们将对实验结果进行分析，并做出相应的结论。
同时，展望石墨薄壁件高速铣削加工技术的发展趋势，为进一步的研究提供参考。
三、研究意义通过对石墨薄壁件高速铣削加工的研究，可以探究高速铣削技术的应用优势和技术难点，探索石墨薄壁件加工技术的优化方案，为石墨薄壁件的生产和应用提供技术支撑，并为石墨薄壁件加工领域的进一步研究提供借鉴。
同时，本文的研究也具有重要的理论和实践价值，在提高石墨薄壁件加工技术水平、促进制造业的可持续发展等方面具有积极意义。
石墨产品加工工艺技术研究
石墨产品加工工艺技术研究摘要：目前国内对石墨加工的研究还不充分，当石墨加工时刀具磨损严重，工件容易出现裂纹、断裂、塌陷等现象。
石墨切削中产生的切屑容易附着在刀具面和加工面上，产生剧烈的摩擦和冲击，在切削中引起非常严重的刀具磨损。
石墨粉尘不仅污染环境，还对机床零件造成一定的磨损。
因此石墨产品加工工艺技术研究直接影响产品性能，加工工艺的不同直接影响石墨产品的质量。
研究合理的模具结构，选择合理的工艺参数非常重要。
本文从加工性能、切削技术、深加工等方面研究石墨加工工艺技术，促进石墨产品的制造。
关键词：石墨；加工工艺；技术引言：石墨是一种常见的非金属材料。
切削时，石墨材料在施加的局部应力的作用下膨胀，材料破碎，石墨工件在与刀尖接触的位置被压溃破裂，产生裂纹，产生块状切屑，使刀具磨损，在石墨工件的加工表面留下凹坑。
在加工中，需要选择合适的加工工艺，除了确保刀具本身的属性外，需要按照标准持续调整切削参数。
否则随着刀具磨损的增加，在生产工艺标准下产品质量下降严重，影响石墨产品的质量。
一、石墨加工性能分析石墨是一种脆性材料，切割的石墨碎片为粉状，因此在加工过程中需要开发特殊的加工工艺和方法。
同时，石墨易碎，抗拉强度低，加工性好，对尺寸精度和表面质量要求高，加工过程中容易产生严重的刀具磨损。
此外，刀具冲击工件，引起零件边缘塌陷和刀具磨损等诸多问题。
当刀具的切削刃与工件接触时，由于刀具的前进，工件的一部分被断裂，成为“屑”。
这些碎片散落在工具表面或沉积在工具表面，大部分沿前刀面滑动，容易造成工具损坏。
此外，石墨材料的致密性和均匀性远远不及金属，石墨工件受到不同程度的冲击，导致石墨工件角脆性断裂，刀具磨损严重，容易产生工件间隙这也是石墨加工的难点。
二、石墨切削加工工艺（一）切削加工工艺措施石墨材料的传统加工方法包括车削、铣削、磨削、锯切等，实现简单的加工。
随着石墨工具及其相关技术的迅速发展和应用，这些传统的加工方法逐渐被新的加工工艺所取代。
石墨加工的特点
石墨专用刀具的特点是什么石墨专用刀具的特点是什么石墨电极与铜电极相比具有电极消耗小、加工速度快、机械加工性能好、加工精度高、热变形小、重量轻、表面处理容易、耐高温、加工温度高、电极可粘结等优点。
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。
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前刀面和后刀面。
在前刀面上，刀具与破碎切屑区的冲击接触产生冲击磨粒磨损，沿工具表面滑动的切屑产生滑动摩擦磨损。
影响刀具磨损的几点事项：1、刀具材料刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。
刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。
硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。
对于石墨刀具，普通的TiAlN涂层可在选材上适当选择韧性相对较好一点的，也就是钴含量稍高一点的；对于金刚石涂层石墨刀具，可在选材上适当选择硬度相对较好一点的，也就是钴含量稍低一点的；2、刀具的几何角度石墨刀具选择合适的几何角度，有助于减小刀具的振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺；（1）前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击和摩擦的性能好，随着负前角绝对值的减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角的增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。
负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。
（2）后角，如果后角的增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。
加工石墨用的莱氏体合金刀具
加工石墨用的莱氏体合金刀具
Д.А.МИРЗАЕВ;谢燮揆
【期刊名称】《热处理》
【年(卷),期】1989(000)003
【摘要】在加工电极石墨时,往往采用硬质合金和高速钢刀具。
在刀具切削刃被加热到高于500℃的情况下,采用这些昂贵的合金是行之有效的。
但是,在加工电极石墨时,刀刃温度不超过350℃,亦即不要求刀具具有很大的耐热性。
显然,加工石墨用的刀具可以用不含钴和钨的便宜的铁合金来制造。
本文列举了对这类合金的考查结果及其热处理的选择。
【总页数】4页(P50-53)
【作者】Д.А.МИРЗАЕВ;谢燮揆
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TG15
【相关文献】
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石墨铣削加工刀具探讨
【摘要】由于石墨的各种特性，在加工过程中非常容易出现棱边锯齿化、掉渣以及崩角等现象，直接导致了石墨产品质量的不合格等现象。
因此根据笔者多年来的相关行业工作经验并结合我国石墨加工业现状，对石墨材料的特性、进行分析，继而合理的选择石墨刀具，并在加工中对切削参数以及走刀方式进行合理的选择，从根本上解决在加工中出现的质量问题、降低成本、提高效率。
【关键词】石墨；铣削；加工工艺
1、前言
石墨在生产生活中是非常常见的一种黑色非金属原料，密度比较低还拥有着耐高温性、导电导热性、润滑性、化学稳定性、可塑性、抗热震性等等优秀的性质。
并且由于其属于六方晶体，层面间结合力比较弱，内部气孔率大、抗拉强度低等特点，使得石墨的机械加工性能非常好。
根据其不同的特性，其用途也非常广泛，例如：根据其化学稳定性可以制作成墨水、铅笔芯等；根据其耐高温性可以制成提炼黄金的磨具；根据其导电、导热性可以制成电加工机床的电极等。
石墨零件的结构比较复杂、精度要求高等，一般都对其质量要求比较高，在由于其上述特性，造成加工中容易出现棱边锯齿化、掉渣以及崩角等质量的不合格现象。
2、刀具的选择
刀具是否正确选择直接决定了加工的效率、质量。
因此，我们
如果想要对加工的质量进行有效地控制就必须选择合理有效地刀具。
例如：石墨材质本身就比较便于切削，所以对于一些表面精度要求不高还要控制成本的产品可以采用高度钢刀具。
刀具的切削性能直接决定着加工质量、加工效率、以及刀具耐久度等，因此一定要对刀具的材料进行合理的选择。
刀具的硬度和韧性是相矛盾的，硬度越高，耐磨性越好，但同时韧性就越低、质地越脆。
同时，石墨是由石墨粉末压制而成，只始于采用干切削方法，但是高速钢的耐磨性很差，在加工中极容易产生严重磨损，因此不能用高速钢刀具加工精度、质量要求比较高的石墨产品，而应该用那些涂层刀具或者耐磨性比较好的刀具。
例如：采取硬质合金涂层刀具、硬质合金yg8刀具等。
硬质合金主要有tic、tac、wc等难熔金属碳化物以及铁粉通过冶金方法提炼出来的。
同普通高速钢相比，硬质合金钢具有着硬度高、耐磨性好的优点；同时，与超硬材料相比具有着韧性好的优点。
硬质合金钢的涌入非常广泛，不仅提升了生产效率，还提高了石墨产品的质量。
因此，在刀具的选择中一定要进行最恰当的选择。
3、合理的选择刀具的几何角度
石墨刀具选择合适的几何角度，有助于减少刀具的震动，石墨工件也不容易崩缺。
3.1前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击和摩擦的性能好，随着负前角绝对值的减小，后刀面磨损的面积变化不大，但总体是较少的趋势，采用正前角加工时，随着前角的增
大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。
负前角加工时，切削阻力大，增加了切削震动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，震动也较大。
3.2后角，如果后角增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。
刀具后角过大后，切削的震动加强。
3.3螺旋角，螺旋角较小时，同一切削刃上切入石墨工件的刃长最长，切削阻力最大，刀具承受的切削冲击力最大。
因而刀具磨损，铣削力和切削振动都是最大。
当螺旋角较大时。
铣削合力的方向偏离工作表面的程度打，石墨材料因崩碎而造成的切削冲击加剧，因而刀具磨损、铣削力和切削振动也都有所增大。
因此刀具角度变化对刀具磨损、铣削力和切削振动的影响是前角、后角及螺旋角综合产生的。
所以选择方面一定要注意。
4、刀具的涂层
金刚石涂层刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点，现阶段金刚石涂层是石墨加工刀具的最佳选择，也最能体现石磨刀具优越的使用性能。
金刚石涂层的硬质合金刀具的优点是综合了天然金刚石的硬度和硬质合金的强度及断裂韧性。
5、刀具刃口的强化
刀具刃口钝化也是十分重要的问题。
金刚石砂轮刃磨后的硬质合金刀具刃口，存在程度不同的小崩刃与锯口。
在石墨告诉切削加工中对刀具性能金额稳定性提出了更高的要求，特别是金刚石涂层刀具在涂层前必须经过道口的钝化处理，才能保证涂层的牢固性和
使用寿命。
刀具钝化的目的就是解决刃口缺口的缺陷，使其锋值减少或消除，达到圆滑平整，既锋利坚固又耐磨的目的。
6、刀具的机械加工条件
选择适当的加工条件对于刀具的寿命以及加工的质量有相当大的影响。
6.1选择合适的转速和进给。
一般来说，由于石墨材料易于切削，在加工过程中可以选择高转速、快速进给、大吃刀的切削参数，有效的提高加工效率，但由于石墨在加工中容易产生崩角、掉渣现象、尤其在棱边等位置易形成锯齿，在这些部位应适当降低转速和进给速度，不宜大吃刀。
6.2及时清理工件表面的石墨粉末，有利于减少刀具的二次磨损，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。
6.3切削方式：铣削方式有顺铣和逆铣之分，判断顺铣还是逆铣可根据判断工件的进给方向和刀具的旋转方向是否一致，一致为顺铣，相反则为逆铣。
由于顺铣时的切削震动小于逆铣的切削震动，所以应采用顺铣来加工内外形轮廓。
顺铣由于刀具的切入厚度是从最大递减到零的，所以不知处出现由于切不下而导致的弹刀现象；反之，逆铣开始的切入厚度非常小，一旦出现刃口碰到硬质点或者切削颗粒的情况都会产生震颤或者弹刀现象。
与此同时，一定要尽量避免大吃量出刀，防止棱边崩角或掉渣的现象。
7、合理的走刀方式
由于不同的加工面需要不同的走刀方式，所以我们要根据不同情况，确定不同的刀具路径。
7.1在对平面进行加工时，应采用螺旋进刀或者斜线进刀的方式，避免零件表面的损坏或本体断裂。
7.2在对斜面进行加工时应避免拉铣的方式，尽量以钻铣为主。
由于拉铣容易在产品表面形成波纹状的表面，特别是当工作时间过长时，有很大几率会直接导致刀具的震动，形成波浪形外观。
总之，为了避免对零件表面造成损害，一定要通过合理的安排走到路径来避免在零件工作面上切离工件以及在工作面上形成岛屿。
8、结论
综上所述，随着石墨产品的普及，我们面临着巨大地机遇与挑战，如何才能把握机遇，在提高生产效率的同时提高产品质量已经成为了我们的主要话题。
根据笔者多年来的工作经验，对刀具的选择、走刀方式、刀具的图层等进行分析，希望可以给大家在工作中带来方便、以利于合理的加工，如有不到之处，希望大家予以批评和指正。