石墨高速加工的刀具选用

高速切削时，对不同的工件材料选用与其合理匹配的刀具材料和适应的加工
方式等切削条件，才能获得最佳的切削效果。目前生产中广泛应用的刀具材料主
要有金刚石、立方氮化硼、陶瓷刀具、涂层刀具和TiC(N)基硬质合金刀具(金
属陶瓷)和粉末冶金高速钢(PM HSS)等[22,23,28,32,531。
高速切削时，随着切削速度的提高，切削力减小，切削温度上升很快，达到
一定值后上升逐渐趋缓。因此高速切削造成刀具损坏的最主要原因是切削力和切
削温度作用下的机械摩擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等磨损和
破损。金属高速切削对刀具材料最主要的要求是高温时的良好力学性能、热物理
性能、抗粘结性能、化学稳定性(氧化性、扩散性、溶解度等)和抗热震性能以
及抗涂层破裂性能等[28,53,541。在石墨高速加工中，由于石墨材料的高磨蚀性、脆
性、石墨切屑形成的断续性以及高速铣削的断续切削本质的影响，刀具表面在高
速铣削过程中的交变切削应力和切削冲击的作用下，容易发生早期破损、快速磨
损甚至破损失效，因此石墨高速加工用的刀具要求具有较高的耐磨粒磨损性和抗 冲击性。

 肖氏硬度—生选用适合于高速加工的刀具时，需要从提高耐用度、可靠性和安全性的角度，

对刀具基体与涂层材料和刀具与工件材料匹配进行综合考虑。适用于石墨加工的
刀具材料目前主要有金刚石刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、硬质合金刀具和
高速钢。各种材料的刀具在切削石墨电极时刀具磨损量随切削时间几乎都呈直线
上升148,561。石墨切削加工应选用与石墨材料硬度相适应的刀具，如图l一6所示。
各种刀具材料加工石墨时的使用寿命排序大致为：

CVD金刚石涂层刀具>PCD聚晶金刚石刀具>陶瓷刀具>涂层硬质合金刀具>硬质合金刀具>高速钢16l，其中，

CVD金刚石涂层刀具的使用寿命是硬质合金的8～lO倍【57l，陶瓷是硬质合金的3～7
倍【5们，硬质合金是高速钢的6。7倍1561。
CVD金刚石涂层刀具的允许切削速度比硬质合金刀具高2～3倍，切削刃锋利
且一致性好，摩擦因数低，可在高转速和低进给下实现薄壁石墨电极的高速高精
密加工157J。PCD聚晶金刚石刀具具有重刃磨性好和刀具成本低等优点，但由于受
刀具外形和结构的限制而不适合于复杂结构石墨电极的细节加工。立方氮化硼刀
具具有较高的硬度和耐磨性，是加工超硬碳．石墨复合材料的比较理想的刀具，可
提高生产率和加工质量，但存在刀具韧性不足和易崩刃现象f5舯，因此在高速铣削
加工中较少使用，多用于车削加工。陶瓷刀具极容易破损，刃口经常出现崩刃，
因而适用于石墨的车削精加工；采用A1203．TiC系陶瓷车刀精车石墨零件的几何
精度可达O．002mm，表面粗糙度可稳定在Ra O．32 gm[591。
显然，CVD金刚石涂层刀具从切削性能上来说是适用于石墨高速铣削的最佳
刀具”。”，但是由于目前刀具的制造工艺尚不稳定，刀具价格非常昂贵，从而限制
了其在石墨加工领域的应用和推广。因此，目前适用于石墨高速铣削的刀具仍然
是硬质合金刀具，经济型涂层超细晶粒硬质合金铣刀由于涂层耐磨性较高、硬质
合金基体韧性好、性价比相对较高而在石墨加工中得到了广泛的应用。目前常用
于石墨加工的普通刀具涂层有AITiN和TiAIN等，AITiN具有表面硬度高(4500～
4900HV)、摩擦因数小和导热率低等优点，比TiAIN涂层硬度(2600～2800 HV)
高，因此更适用于石墨加工。