王貴先

摘 要：石墨具備優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐高溫性能，作為一種常見電極材料，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文探討石墨電極的高速加工，研究影響高速加工過程的主要因素，并為高速加工提出合理優(yōu)化建議，供相關(guān)人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：石墨電極;高速加工;銑削

引言：受石墨材質(zhì)的影響，石墨電極加工過程中易出現(xiàn)崩角、折斷等問題，對(duì)加工刀具的磨損也比較嚴(yán)重，給加工過程帶來一定困難。為此，行業(yè)試圖通過銑削加工參數(shù)的合理化選取，降低石墨電極加工難度、提高加工精密性，并減輕對(duì)加工刀具的磨損，有效控制加工成本。

1石墨電極高速加工簡介

1.1石墨電極銑削過程

石墨電極銑削過程中，因石墨本身脆性較大，刀具與石墨高速接觸、推進(jìn)過程中，導(dǎo)致石墨開裂，并伴隨碎屑的產(chǎn)生。過程中產(chǎn)生的裂紋具備發(fā)展性特點(diǎn)，且會(huì)沿著切削的方向逐漸擴(kuò)大。產(chǎn)生的碎屑與刀具間相互運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致刀具表面出現(xiàn)月牙狀的磨損。另有學(xué)者認(rèn)為，石墨銑削過程與陶瓷等材料相類似，會(huì)導(dǎo)致刀具尖端磨損，形成細(xì)小的坑洼。

1.2石墨電極高速加工切削力

切削力是影響石墨電極切削的主要參數(shù)，它也是金屬及非金屬物質(zhì)在被切削時(shí)產(chǎn)生的一種物理現(xiàn)象。切削力主要作用在加工機(jī)床、刀具等位置，影響加工工具的使用壽命，并在很大程度上決定著石墨電極高速加工的效果。合理計(jì)算切削力，能夠輔助找到最佳的刀具選用參數(shù)及切削用量。材料加工過程中發(fā)生形變，進(jìn)而產(chǎn)生抗力，且產(chǎn)生的碎屑與工件之間相互摩擦，引發(fā)切削力。由此看來，任何導(dǎo)致抗力及摩擦改變的因素都可能成為影響切削力的原因。相較于銅、鋁等金屬材料，石墨切削過程中產(chǎn)生的切削力很小，因此該因素并沒有被作為影響加工過程的主要因素。另外，在切削溫度上，切削不會(huì)導(dǎo)致石墨材料發(fā)生較大的溫度變化，且溫度與加工速度之間存在穩(wěn)定的線性關(guān)系。按照實(shí)際加工能力來看，加工速度一般很難達(dá)到400～500m/min，引發(fā)的切削溫度也不會(huì)對(duì)加工過程造成明顯的影響。

2石墨電極高速加工探討

2.1刀具磨損

前文總結(jié)，切削力、切削溫度等都不是影響石墨電極高速加工過程的主要原因，因此對(duì)其高速加工的探討依然要放在刀具磨損問題上。在實(shí)際加工過程中，刀具受磨損比較嚴(yán)重的部位集中在前刀面和后刀面，其中導(dǎo)致前刀面磨損的主要原因是碎屑與刀面之間的沖撞摩擦，而后刀面磨損主要是由于碎屑與刀面的滑動(dòng)摩擦[1]。加工刀具的材質(zhì)、切削速度、切削量、切削角度等都是刀具磨損程度的主要影響因素。

2.2刀具磨損影響因素

2.2.1切削刀具材質(zhì)

石墨電極高速加工最常用的刀具材料包括硬質(zhì)合金、聚晶金剛石以及金剛石涂層材料。以硬質(zhì)合金刀具的磨損為例，在切削過程中，刀具與石墨材料之間相互運(yùn)動(dòng)的部分因疲勞導(dǎo)致磨損出現(xiàn)，并逐漸發(fā)展成為裂紋甚至折斷。聚晶金剛石刀具發(fā)生磨損的原理是由于切削過程產(chǎn)生石墨碎屑，碎屑附著在刀具表面，導(dǎo)致磨損。另外，金剛石材料本身脫落的碎屑也會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生磨損。金剛石涂層刀具在切削石墨是過程中，石墨碎屑會(huì)大量黏貼在其表面，不會(huì)帶來月牙形的磨損坑洼，這種磨損屬于沖擊磨損。相比較來說，金剛石涂層刀具的使用壽命優(yōu)勢(shì)明顯，相較于一般的硬質(zhì)合金材質(zhì)刀具來說，其使用壽命可達(dá)到100倍以上。因此以上三種刀具當(dāng)中，性能最優(yōu)、最適合用于石墨電極高速加工的刀具為金剛石涂層刀具，即將金剛石材料與硬質(zhì)合金材料相結(jié)合。

2.2.2切削速度

石墨高速加工的切削速度與刀具磨損程度之間存在一定的正相關(guān)關(guān)系，即選用的切削速度越大，可能產(chǎn)生的磨損程度也越大。但該規(guī)律僅適用于刀具的大范圍磨損。例如月牙形磨損，其磨損截面會(huì)隨著切削速度的上升而減小。如此看來，適當(dāng)提高切削速度有利于刀具磨損程度的控制，可有效延長刀具使用壽命。其原理解釋如下：石墨切削速度上升，摩擦面上形成的石墨潤滑層的厚度也隨之增加，可降低刀具與加工材料之間的磨損系數(shù)，進(jìn)而達(dá)到延長刀具使用壽命的目的。以上原理也是石墨電極加工為什么優(yōu)選高速加工工藝的一大原因。

2.2.3切削量

切削量指的是加工過程中銑刀每齒的進(jìn)給量，也可通俗的稱之為每齒選擇的切削厚度。當(dāng)進(jìn)給量上升時(shí)，石墨電極的平均切削厚度上升，由此帶來的沖摩擦也上升，導(dǎo)致刀具磨損加速。

2.2.4切削角度

切削角度分為刀具的前角和后角。若前角上升，則石墨碎屑的沖擊摩擦角度也隨之改變。若后角上升，相當(dāng)于提高了刀具刀刃的鋒利程度，可有效減輕刀面磨損。若選擇改變主偏角，則切削受力方向及刀具與石墨之間的接觸面同時(shí)被改變，且隨著主偏角的上升，刀具磨損程度減小，使用壽命延長。

2.2.5刀具類型

石墨電極高速加工采用的刀具多為球頭銑刀及平底銑刀。當(dāng)選用球頭銑刀時(shí)，由于加工面為弧形，因此產(chǎn)生的切削速度從外向內(nèi)逐漸降低，導(dǎo)致刀具頂部磨損嚴(yán)重。若選用平底銑刀，該種類型的刀具可用于臺(tái)面輪廓的加工，產(chǎn)生較大的余量波動(dòng)，引發(fā)的刀具磨損程度更為嚴(yán)重，但平底銑刀要比球頭銑刀的切削距離更長。

3加工建議

3.1高速精加工

精加工對(duì)加工精度及穩(wěn)定性要求較高，影響加工質(zhì)量的因素主要是銑削方向。若以曲面形式進(jìn)行銑削，容易出現(xiàn)拉銑及鉆銑的問題，帶來較大的加工誤差，建議采用平面銑削的方法。此外，存在以下加工偏差規(guī)律：順銑>逆銑、拉銑>鉆銑[2]。綜上，最佳的高速精加工方法應(yīng)為平面銑削結(jié)合逆銑及鉆銑。

3.2高速粗加工

高速粗加工常用方法包括仿形銑削和輪廓銑削兩種。其中，仿形銑削選用球頭銑刀，加工過程中的切削深度及寬度均處于不斷變化的狀態(tài)，切削深度有限，且需要較長的加工時(shí)間，帶來的刀具磨損程度也比較大;輪廓銑削則采用平底銑刀，相對(duì)而言加工深度大、所需時(shí)間短、刀具磨損程度低。建議粗加工選用輪廓銑削，并盡量以“之”字形方式推進(jìn)。

除石墨加工方式的優(yōu)化選擇外，選取適當(dāng)方法對(duì)加工過程產(chǎn)生的碎屑進(jìn)行清理也可明顯提升加工質(zhì)量、延長刀具使用壽命。例如，對(duì)加工過程進(jìn)行強(qiáng)風(fēng)干擾，清除積留的碎屑，降低二次磨損的發(fā)生概率。

結(jié)論：本文對(duì)石墨電極高速加工工藝進(jìn)行了分析。隨著社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化程度的提高，石墨加工工藝也將得到進(jìn)一步的發(fā)展。合理選取加工參數(shù)及加工刀具，在確保電極加工精度的同時(shí)，控制加工成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]周玉海，王成勇.CIP石墨高速加工關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].工具技術(shù)，2018，52（09）：3-9.

[2]李立軍，席明龍，李杰華.薄壁石墨電極高速銑削加工工藝優(yōu)化研究[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，37（04）：90-93.