如何提高石墨电极高速铣削加工技术水平？

     本文针对硬质合金微铣刀高速铣削石墨过程中存在的刀具磨损严重、石墨电极边角碎裂、刀具及其几何参数的选择缺乏理论指导等问题。采用摩擦学、切削力学和材料学理论，以及在线摄影技术、材料微观分析技术和测试分析技术，通过大量的正交切削实验、高速铣削实验和摩擦磨损实验，深入研究了石墨正交切削和高速铣削的切屑形成机理，提出了石墨切削机理模型。系统研究了石墨硬质合金副的滑动摩擦和磨粒磨损行为，揭示了硬质合金刀具基体材料和石墨涂层的摩擦磨损机理。分析研究了刀具材料、几何角度和工艺参数对表面加工质量、切削力和刀具磨损的影响，优化了石墨高速铣削的工艺参数。在此基础上，以低成本和高成本实现了典型的薄壁石墨电极。这些研究对提高石墨电极高速铣削加工技术水平具有重要意义，也将为我国模具制造业的发展带来巨大的推动力和一定的经济效益。    

    石墨是一种由石墨碳组成的碳材料，是当今工业材料中发展最快的材料之一。不仅在传统工业行业(冶金、化工、机械)中的应用日益增多，而且其应用已扩展到更广泛的高科技领域，如航天、航空、电子、电化学、通讯、核工业、精密机械、生物工程、环境保护等。本文研究的石墨材料是冷等静压成型用于电火花加工的各向同性高性能石墨电极材料(除非另有说明，本文研究的所有石墨材料简称石墨)，在国外应用广泛。美国95%以上的电火花加工用户选择石墨作为电极材料，在日本、瑞士等其他工业化国家石墨也占据主要地位。近年来，石墨作为一种电极材料，在我国汽车、家电、通讯、电子等行业的产品模具电火花加工制造领域得到了广泛的应用。石墨的密度约为1.55-1.859/em3，仅为铜的1/5。同时石墨可以粘结，所以可以用来制造形状复杂的大型电极。与铜电极材料相比，石墨具有强度高、电极消耗低、热变形小等优点，特别适用于制造薄壁、翅片、微孔等特殊结构复杂型腔模具的电极。石墨电极材料已逐渐取代铜电极成为电火花加工的主流电极材料。

     目前，在国内石墨电极高速加工企业的实际生产过程中，工艺参数的选择主要依靠程序员的现场实践经验。由于石墨高速铣削技术缺乏系统的理论指导，难以根据不同的加工方法、刀具材料、工件材料和形状及时合理地选择高速铣削工艺参数，这是制约石墨电极进一步推广应用的关键因素之一。因此，如何从基础理论研究上探索石墨加工刀具的磨损机理和加工过程中工件的破碎机理，如何合理选择高速铣削工艺实现低成本、高精度、高效率的石墨加工，是当前急需解决的重要应用基础研究问题。

      石墨的传统加工方法包括车削、铣削、磨削和锯切等。，但都只能实现形状简单、精度低的电极加工。随着石墨高速加工中心、刀具及相关配套技术的快速发展、推广和应用，这些传统的加工方式逐渐被高速加工技术所取代。石墨高速加工中心的主轴转速通常在10000-60000 r/min之间，进给速度可达60m/rain，加工壁厚可小于0.2RAM，最小圆角可小于0.2RAM，表面加工质量和加工精度高，是目前实现石墨高效高精加工的主要手段[61。随着模具行业产品结构向大型化、精密化、复杂化和高效化方向的快速发展，对具有深槽、窄缝和微群孔的精密微结构模具的需求急剧增加，这也对制造精密复杂模具的石墨电极高速加工技术提出了巨大的需求和更高的更新要求。石墨是一种典型的非均质脆性材料，高速铣削过程中产生的石墨屑通常是颗粒状的微细粉尘。即使是强有力的吸尘系统，也很容易散落、堆积、粘附在前后刀面和加工面上，与被加工的石墨材料一起对刀具产生剧烈的摩擦，因此石墨切削时刀具磨损和损坏非常严重。通常刀具磨损引起的刀具成本占总加工成本的三分之一以上，这也导致工件的尺寸精度和表面质量难以保证。在石墨高速铣削过程中，由于以下原因，可能会对石墨工件造成切削冲击，导致石墨电极角部脆断:

(1)工件圆角处铣削方向的改变；

(2)机床加速度突然变化:

(3)刀具切削方向和角度的改变；

(4)断续铣削中的切削振动；

(5)工具磨损和损坏等。