PARA刀具在石墨加工中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2018-12-27
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石墨電極與銅電極相比具有電極消耗小、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)度提出較高的要求，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?。在前刀面上，刀具與破碎切屑區(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。
影響刀具磨損的幾點(diǎn)事項(xiàng)：
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)克服的一個(gè)關(guān)鍵。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)較好一點(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)較好一點(diǎn)的，也就是鈷含量稍低一點(diǎn)的；
PARA刀具結(jié)合多年的經(jīng)驗(yàn)，選用歐洲著名品牌的刀具材料.
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(dòng)，反過來，石墨工件也不容易崩缺；
（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）后角，如果后角的增大，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)。
（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(zhǎng)最長(zhǎng)，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)螺旋角去較大時(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，所以在選擇方面一定要多加注意。
通過對(duì)石墨材料的加工特性做了大量的科學(xué)測(cè)試，PARA刀具優(yōu)化了相關(guān)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(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)階段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；金剛石涂層的硬質(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，還有成本的投入都是很大的，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，選材等方面和改善普通涂層的結(jié)構(gòu)，在某種程度上是可以在石墨加工當(dāng)中應(yīng)用的。
金剛石涂層刀具和普通涂層刀具的幾何角度有本質(zhì)的區(qū)別，所以在設(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，容削槽也變大，也不會(huì)降低其刀具鋒口的耐磨性；對(duì)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(shí)它的幾何角度應(yīng)適當(dāng)放小，以增加其耐磨性。
對(duì)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(fā)相關(guān)涂層技術(shù)，但是至今為止，國外成熟而又經(jīng)濟(jì)的涂層公司僅僅限于歐洲；PARA作為一款優(yōu)秀的石墨加工刀具，同樣采用目前世界最先進(jìn)的涂層技術(shù)對(duì)刀具進(jìn)行表面處理，以確保加工壽命的同時(shí)，保證刀具的經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
4、刀具刃口的強(qiáng)化
刀具刃口鈍化技術(shù)是一個(gè)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(zhì)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(wěn)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(jīng)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(dá)到圓滑平整，既鋒利堅(jiān)固又耐用的目的。
5、刀具的機(jī)械加工條件
選擇適當(dāng)?shù)募庸l件對(duì)于刀具的壽命有相當(dāng)大的影響。
（1）切削方式（順銑和逆銑），順銑時(shí)的切削振動(dòng)小于逆銑的切削振動(dòng)。順銑時(shí)的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)的剛性好，切削振動(dòng)?。荒驺姇r(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)大；
（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(zhǎng)刀具的使用壽命，減少石墨粉塵對(duì)機(jī)床絲杠和導(dǎo)軌的影響；
（3）選擇合適的高轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的大進(jìn)給量。
綜述以上幾點(diǎn)，刀具的材料、幾何角度、涂層、刃口的強(qiáng)化及機(jī)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(yīng)具備流暢的石墨粉排屑槽、長(zhǎng)的使用壽命、能夠深雕刻加工、能節(jié)約加工成本。
6、應(yīng)用實(shí)例
工件尺寸：600×400×90
石墨材料：ISO-63 (東洋碳素)
電極形狀：家電散熱外蓋
使用刀具：PARA ￠6 RO(精加工底部)
PARA ￠6 R3(精加工側(cè)壁)
S=17 000 F= 6000mm/min
加工時(shí)間：連續(xù)加工15小時(shí)
磨損狀況：刃尖部<0.02mm，涂層完好
S=17 000 F= 6000mm/min
加工時(shí)間：連續(xù)加工8小時(shí)
磨損狀況：刃尖部<0.03mm
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?。在前刀面上，刀具與破碎切屑區(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。
影響刀具磨損的幾點(diǎn)事項(xiàng)：
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)克服的一個(gè)關(guān)鍵。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)較好一點(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)較好一點(diǎn)的，也就是鈷含量稍低一點(diǎn)的；
PARA刀具結(jié)合多年的經(jīng)驗(yàn)，選用歐洲著名品牌的刀具材料.
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(dòng)，反過來，石墨工件也不容易崩缺；
（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）后角，如果后角的增大，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)。
（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(zhǎng)最長(zhǎng)，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)螺旋角去較大時(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，所以在選擇方面一定要多加注意。
通過對(duì)石墨材料的加工特性做了大量的科學(xué)測(cè)試，PARA刀具優(yōu)化了相關(guān)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(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)階段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；金剛石涂層的硬質(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，還有成本的投入都是很大的，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，選材等方面和改善普通涂層的結(jié)構(gòu)，在某種程度上是可以在石墨加工當(dāng)中應(yīng)用的。
金剛石涂層刀具和普通涂層刀具的幾何角度有本質(zhì)的區(qū)別，所以在設(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，容削槽也變大，也不會(huì)降低其刀具鋒口的耐磨性；對(duì)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(shí)它的幾何角度應(yīng)適當(dāng)放小，以增加其耐磨性。
對(duì)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(fā)相關(guān)涂層技術(shù)，但是至今為止，國外成熟而又經(jīng)濟(jì)的涂層公司僅僅限于歐洲；PARA作為一款優(yōu)秀的石墨加工刀具，同樣采用目前世界最先進(jìn)的涂層技術(shù)對(duì)刀具進(jìn)行表面處理，以確保加工壽命的同時(shí)，保證刀具的經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
4、刀具刃口的強(qiáng)化
刀具刃口鈍化技術(shù)是一個(gè)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(zhì)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(wěn)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(jīng)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(dá)到圓滑平整，既鋒利堅(jiān)固又耐用的目的。
5、刀具的機(jī)械加工條件
選擇適當(dāng)?shù)募庸l件對(duì)于刀具的壽命有相當(dāng)大的影響。
（1）切削方式（順銑和逆銑），順銑時(shí)的切削振動(dòng)小于逆銑的切削振動(dòng)。順銑時(shí)的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)的剛性好，切削振動(dòng)?。荒驺姇r(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)大；
（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(zhǎng)刀具的使用壽命，減少石墨粉塵對(duì)機(jī)床絲杠和導(dǎo)軌的影響；
（3）選擇合適的高轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的大進(jìn)給量。
綜述以上幾點(diǎn)，刀具的材料、幾何角度、涂層、刃口的強(qiáng)化及機(jī)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(yīng)具備流暢的石墨粉排屑槽、長(zhǎng)的使用壽命、能夠深雕刻加工、能節(jié)約加工成本。
6、應(yīng)用實(shí)例
工件尺寸：600×400×90
石墨材料：ISO-63 (東洋碳素)
電極形狀：家電散熱外蓋
使用刀具：PARA ￠6 RO(精加工底部)
PARA ￠6 R3(精加工側(cè)壁)
S=17 000 F= 6000mm/min
加工時(shí)間：連續(xù)加工15小時(shí)
磨損狀況：刃尖部<0.02mm，涂層完好
S=17 000 F= 6000mm/min
加工時(shí)間：連續(xù)加工8小時(shí)
磨損狀況：刃尖部<0.03mm
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