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、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。