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0574-65306672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),反過來,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(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,石墨雕刻機(jī)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,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,雖然與無涂層刀具相比,其耐磨性有顯著提高,但比起金剛石涂層來說,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。
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,而又十分重要的問題。石墨雕刻機(jī)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,將在工件表面劃擦一段路徑,此時(shí),刃口如果遇到石墨材料中的硬質(zhì)點(diǎn)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(dòng)較大。
5.2、吹氣(或吸塵)和浸漬電火花液加工及時(shí)清理工件表面的石墨粉塵,有利于減小刀具二次磨損,延長刀具使用壽命,減少石墨粉塵對(duì)機(jī)床絲杠和導(dǎo)軌的影響。
5.3、其它事項(xiàng)選擇合適的高轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的大進(jìn)給量。綜合以上各點(diǎn),刀具的材料、幾何角度、涂層、刃口強(qiáng)化及切削加工條件,在刀具的使用壽命中扮演著不同的角色,缺一不可,相輔相成。一把好的石墨刀具,應(yīng)具備流暢的石墨粉排屑槽、長的使用壽命、能夠進(jìn)行深雕刻加工,能節(jié)約加工成本。