石墨CNC加工技术交流

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石墨应用问题及解决方案



图1 加工过程中的崩角示意图 图2 粗加工余量设置方式

如图2中的加工余量设置，顶面精加工的切削量为0.2（精加工余量）～0.35（含放电间隙量）mm。按实际加工经验数据统计，此种情况精加工可造成的崩角范围约为1.2倍加工切削量，即0.25～0.4mm。也就是说，侧边余量不能小于0.5mm。考虑到粗加工的崩角可能带来的影响，一般采用轴向余量0.2mm，径向余量0.6～1mm的余量设定。根据实际生产的验证，此种方式的加工有效地避免了因崩角的范围过大而影响到加工电极的表面有崩角发生的情况。

根据具体的电极情况，各方向的余量设置方式有所区别，需根据实际情况而定。如薄片电极制作时，侧边的余量要大于1mm；高度越大，侧边预留的余量就越大。在精加工电极的基准面时，为使崩角情况不影响电极的使用，则侧边的余量设置可以和水平面的余量设置相同。

由于精加工的要求，加工精度较高时，对于余量可以分级设置(分为粗加工、半精加工和精加工)，以确保在加工过程中不会出现影响电极质量的瑕疵存在。

2．推荐加工顺序

以典型的薄片电极为例，电极加工过程的各步骤依次为：整体粗加工→精加工水平面→精加工侧面→精加工基准水平面→精加工基准侧面。采用这种过程方式，如果在加工水平面过程中出现了崩角，在对侧面进行精加工时可以将崩角的部分切削掉，保证产品的表面没有明显的瑕疵。控制方式的关键是切削深度、侧边留的余量以及进给速度。

3．切削深度

由于石墨材料的特性因素，切削时的切削深度对于加工电极的质量有很大的影响。如果切削深度设置过大，在加工过程中出现崩角的几率会明显增大，并且电极的形位尺寸偏差也会增大；如果切削深度设置过小，在加工过程中出现崩角几率会大幅降低，但加工时间则会成倍上升，综合加工效率会有所降低。

根据目前多数石墨材料实际使用的反馈信息及实际的编程加工经验，粗加工切削深度为2mm时，对电极崩角的控制和尺寸公差的控制均有较好的效果。在精加工时，各电极的具体情况不同，各电极可以根据实际情况对切削深度分别设定。球头刀具或带有R角的刀具所加工的表面状况。对于顶面为

水平面或带有一定斜度的电极，在精加工过程中顶面的余量（轴向余量及火花位）可以一次加工完。



4．推荐刀具

在石墨电极制作的过程中，使用的刀具状况直接影响到加工的崩角。根据机械加工关于切削的力学原理，如果刀具在切削过程中不是有效地切削入石墨的解理面，而是绝大多数情况下在加工表面发生挤压断裂。这种情况下，加工的表面粗糙度、崩角状况等都会影响被加工电极的质量。对此，良好的刀具起到了对切削过程中的加工质量进行控制的作用。

由于石墨材料自身特性的因素，在石墨加工过程中，刀具成本占总成本的比例相当大。通过长期的试验以及实际使用信息的反馈和收集。可以发现：普通钨钢刀的综合成本高，金刚石涂层刀具的综合成本低，硬质合金刀的综合成本居中。因此，应尽量避免使用普通钨钢刀进行长时间连续切削，并且要密切关注普通钨钢刀的损耗状况；尽量使用涂层刀具来进行长时间连续切削，尤其在进行精度较高的电极加工时，在条件允许的情况下，选择金刚石涂层刀具；刀片式铣刀的实用性要比其他刀具的使用性能好，特别是刀具种类较少时，刀具的实用性尤为突出。

5．刀具切入切出方式

刀具切入切出方式的选择需要考虑的因素比较多。如，刀具的损耗、崩角是否会发生等。经过长期以来的试验及材料使用数据反馈信息的收集，总结有以下2点：

5.1 刀具切入

（1） 端铣刀整体下切切入时，刀具应尽量全部拉出切削区域，先进行无切削作用竖直下切，再进行水平切入；应尽量避免使用有切削的竖直下切方式。在进行有切削作用的下切时，刀具的端面刃口容易磨损。且在磨损后，刀具的切削情况变差，返修后刀具再次使用时精度较低。

（2） R角刀具或球头刀具整体切入时，可采用有切削的斜向切入，而不必采用将刀具全部拉出切削区域再进行下切的方式。一方面，可以改善球头刀具某一点或某一段连续切削而导致只有一部分严重损耗的状况；另一方面，可以节约大量的刀具空行程时间。

（3） 切入时适合采用切削量渐变的方式切入。如：刀具从材料外部水平切入，切入时刀具的切削量由零逐渐增加。采用水平直接切入方式，虽不会像金属切削那样发生“碰刀”等现象，但在刀具切入过程中会发生轻微的刀具弹性形变。常见的切入方式有圆弧方式和直线方式两种：圆弧方式切入快，刀具的空行程多，垂直表面易发生段差；直线斜向切入，切削力均匀增加，刀具空行程少，端铣刀刀具端部损耗快。



5.2 刀具切出

(1） 余量控制是刀具切出时需要特别

关注的。切出点的余量设置可以有效地降

低崩角的发生几率，减小崩角的范围。在

粗加工时可以采用余量设置方式，但在精

加工时，加工余量为0。 为此，要通过对切入、切出点的控制来实现，在

(2) 切出点控制。切出点的控制直接关系到崩角的发生几率。原则上应尽量避免在垂直端面交汇处切出时，与切出方向垂直的侧面（图1中A平面）没有切削余量。参见图1、图3。

(3) 在图1中，指示箭头显示刀具的前进方向；线条较粗的部分是必然会发生崩角的部分。在加工过程中由于B平面与刀路投影面相互垂直，在切出时，B平面上必然会发生崩角；A平面在初时，余量已被切削，在刀具切出过程中，由于A平面已没有余量，切出过程必然发生崩角。可以改变刀具的切入切出方式，如图3所示。在图3中，箭头线为切入和切出方式指示线；切入和切出均在同一平面内，并且有部分覆盖的范围。这种方式在应用过程中，避免了崩角影响到加工的电极表面。在切入切出过程中，圆弧刀具的切削量渐变线斜度逐渐变小。