1.石墨加工对于刀具选择方面应注意些什么
石墨电极与铜电极相比具有电极消耗小、加工速度快、机械加工性能好、加工精度高、热变形小、重量轻、表面处理容易、耐高温、加工温度高、电极可粘结等优点。
尽管石墨是一种非常容易切削的材料,但由于用作EDM电极的石墨材料必须具有足够的强度以免在操作和EDM加工过程中受到破坏,同时电极形状(薄壁、小圆角、锐变)等也对石墨电极的晶粒尺寸和强度提出较高的要求,这导致在加工过程中石墨工件容易崩碎,刀具容易磨损。选择刀具时几点事项:1、刀具材料刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素,对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。
刀具材料越硬,其耐磨性越好,硬度越高,冲击韧性越低,材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾,也是刀具材料所应克服的一个关键。
对于石墨刀具,普通的TiAlN涂层可在选材上适当选择韧性相对较好一点的,也就是钴含量稍高一点的;对于金刚石涂层石墨刀具,可在选材上适当选择硬度相对较好一点的,也就是钴含量稍低一点的;2、刀具的几何角度石墨刀具选择合适的几何角度,有助于减小刀具的振动,反过来,石墨工件也不容易崩缺;(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,后刀面磨损面积变化不大,但总体呈减小趋势,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,增大了切削振动,采用大正前角加工时,刀具磨损严重,切削振动也较大。
(2)后角,如果后角的增大,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,切削振动加强。
(3)螺旋角,螺旋角较小时,同一切削刃上同时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的。当螺旋角去较大时,铣削合力的方向偏离工件表面的程度大,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,所以在选择方面一定要多加注意。3、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,也最能体现石墨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;但是在国内金刚石涂层技术还处于起步阶段,还有成本的投入都是很大的,所以金刚石涂层在近期不会有太大发展,不过我们可以在普通刀具的基础上,优化刀具的角度,选材等方面和改善普通涂层的结构,在某种程度上是可以在石墨加工当中应用的。
4、刀具刃口的强化刀具刃口钝化技术是一个还不被人们普遍重视,而又是十分重要的问题。金刚石砂轮刃磨后的硬质合金刀具刃口,存在程度不同的微观缺口(即微小崩刃与锯口)。
石墨高速切削加工刀具性能和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刀口的钝化处理,才能保证涂层的牢固性和使用寿命。刀具钝化目的就是解决上述刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷,使其锋值减少或消除,达到圆滑平整,既锋利坚固又耐用的目的。
5、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有相当大的影响。(1)切削方式(顺铣和逆铣),顺铣时的切削振动小于逆铣的切削振动。
顺铣时的刀具切入厚度从最大减小到零,刀具切入工件后不会出现因切不下切屑而造成的弹刀现象,工艺系统的刚性好,切削振动小;逆铣时,刀 具的切入厚度从零增加到最大,刀具切入初期因切削厚度薄将在工件表面划擦一段路径,此时刃口如果遇到石墨材料中的硬质点或残留在工件表面的切屑颗粒,都将引起刀具的弹刀或颤振,因此逆铣的切削振动大;(2)吹气(或吸尘)和浸渍电火花液加工,及时清理工件表面的石墨粉尘,有利于减小刀具二次磨损,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;(3)选择合适的高转速及相应的大进给量。综述以上几点,刀具的材料、几何角度、涂层、刃口的强化及机械加工条件,在刀具的使用寿命中扮演者不同的角色,缺一不可,相辅相成的。
一把好的石墨刀具,应具备流畅的石墨粉排屑槽、长的使用寿命、能够深雕刻加工、能节约加工成本。
2.石墨加工对于刀具选择方面应注意些什么
/new_view.asp?id=890PARA刀具在石墨加工的应用 石墨电极与铜电极相比具有电极消耗小、加工速度快、机械加工性能好、加工精度高、热变形小、重量轻、表面处理容易、耐高温、加工温度高、电极可粘结等优点。
尽管石墨是一种非常容易切削的材料,但由于用作EDM电极的石墨材料必须具有足够的强度以免在操作和EDM加工过程中受到破坏,同时电极形状(薄壁、小圆角、锐变)等也对石墨电极的晶粒尺寸和强度提出较高的要求,这导致在加工过程中石墨工件容易崩碎,刀具容易磨损。刀具磨损是石墨电极加工中最重要的问题。
磨损量不仅影响刀具损耗费用、加工时间、加工质量,而且影响电极EDM加工工件材料的表面质量,是优化高速加工的重要参数。石墨电极材料加工的主要刀具磨损区域为前刀面和后刀面。
在前刀面上,刀具与破碎切屑区的冲击接触产生冲击磨粒磨损,沿工具表面滑动的切屑产生滑动摩擦磨损。影响刀具磨损的几点事项:1、刀具材料刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素,对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。
刀具材料越硬,其耐磨性越好,硬度越高,冲击韧性越低,材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾,也是刀具材料所应克服的一个关键。
对于石墨刀具,普通的TiAlN涂层可在选材上适当选择韧性相对较好一点的,也就是钴含量稍高一点的;对于金刚石涂层石墨刀具,可在选材上适当选择硬度相对较好一点的,也就是钴含量稍低一点的;PARA刀具结合多年的经验,选用欧洲著名品牌的刀具材料.2、刀具的几何角度石墨刀具选择合适的几何角度,有助于减小刀具的振动,反过来,石墨工件也不容易崩缺;(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,后刀面磨损面积变化不大,但总体呈减小趋势,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,增大了切削振动,采用大正前角加工时,刀具磨损严重,切削振动也较大。
(2)后角,如果后角的增大,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,切削振动加强。
(3)螺旋角,螺旋角较小时,同一切削刃上同时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的。当螺旋角去较大时,铣削合力的方向偏离工件表面的程度大,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,所以在选择方面一定要多加注意。通过对石墨材料的加工特性做了大量的科学测试,PARA刀具优化了相关刀具的几何角度,从而使得刀具的整体切削性能大大提高。
3、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,也最能体现石墨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;但是在国内金刚石涂层技术还处于起步阶段,还有成本的投入都是很大的,所以金刚石涂层在近期不会有太大发展,不过我们可以在普通刀具的基础上,优化刀具的角度,选材等方面和改善普通涂层的结构,在某种程度上是可以在石墨加工当中应用的。金刚石涂层刀具和普通涂层刀具的几何角度有本质的区别,所以在设计金刚石涂层刀具时,由于石墨加工的特殊性,其几何角度可适当放大,容削槽也变大,也不会降低其刀具锋口的耐磨性;对于普通的TiAlN涂层,虽然比无涂层的刀具其耐磨有显著的提高,但比起金刚石涂层来说,在加工石墨时它的几何角度应适当放小,以增加其耐磨性。
对金刚石涂层来说,目前世界上众多的涂层公司均投入大量的人力和物力来研究开发相关涂层技术,但是至今为止,国外成熟而又经济的涂层公司仅仅限于欧洲;PARA作为一款优秀的石墨加工刀具,同样采用目前世界最先进的涂层技术对刀具进行表面处理,以确保加工寿命的同时,保证刀具的经济实用。4、刀具刃口的强化刀具刃口钝化技术是一个还不被人们普遍重视,而又是十分重要的问题。
金刚石砂轮刃磨后的硬质合金刀具刃口,存在程度不同的微观缺口(即微小崩刃与锯口)。石墨高速切削加工刀具性能和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刀口的钝化处理,才能保证涂层的牢固性和使用寿命。
刀具钝化目的就是解决上述刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷,使其锋值减少或消除,达到圆滑平整,既锋利坚固又耐用的目的。5、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有相当大的影响。
(1)切削方式(顺铣和逆铣),顺铣时的切削振动小于逆铣的切削振动。顺铣时的刀具切入厚度从最大减小到零,刀具切入工件后不会出现因切不下切屑而造成的弹刀现象,工艺系统的刚性好,切削振动小;逆铣时,刀 具的切入厚度从零增加到最大,刀具切入初期因切削厚度薄将在工件表面划擦。
3.如何提高石墨电极铣削加工效率麻烦告诉我
高速加工中心在技术上的发展为提高石墨电极的铣削加工效率和生产质量奠定了基础,特别是对形状复杂和具有薄壁特性的小型电极的铣削加工。
在EDM模具加工中使用的石墨电极,需要采用高速加工中心(HSM)来对其铣削加工,因此对HSM机床的需求也在不断地增长。但是,有一段时间由于在硬质钢材加工方面的技术发展,似乎有可能使石墨电极成为一项过时的技术。
然而,有很多因素决定需要继续生产石墨电极,因此高速加工已成为模具制造业中的一个关键生产工艺。与石墨电极铣削加工所需的时间相比,高刚性硬质钢材的加工仍需要更长的时间。
在硬质钢材上铣削加工模具的凹穴、型腔和复杂的3D 型面时,径向跳动误差和刀具的偏差往往会导致刀具断裂。当刀具断裂时,不但会中止钢材的继续加工,而且还会影响产品的质量,导致零件的报废和材料的浪费。
从可以预见的未来考虑,石墨电极将会占据极高的地位,凡是采用效率最高的设备加工石墨电极的模具制造商,将会坚持不懈,扩大与那些决心使用硬质钢材加工的制造商之间的竞争差距。微型刀具的基础就石墨电极而言,对其最有魔力的一个词就是“高速”。
高速加工中心的主轴转速可达30000~60000r/min,并能加快进给速度,以缩短加工周期,提高表面以及边缘的质量。驱动这类主轴所需的电机都比较小,而且较轻,这有利于降低切削力度和减少刀具断裂。
这一点是十分关键的,因为许多电极比较复杂,它们的生产会涉及到小型、易断裂的微型刀具(见图1)。 1.主轴刀具越小,所需的主轴速度越高,只有这样才能提高零件的加工质量,避免刀具断裂。
对于转速高达60000r/min的高频主轴而言,采用微型刀具铣削、钻削和雕刻石墨电极最为理想。高速加工技术就是采用特高的转速、较小的跨距,以及大幅度提高的进给率。
当你将手从燃烧着的蜡烛火焰上掠过时,如果移动的速度很慢,火焰就会有足够的时间烧伤你的手。但如果手很快地掠过火焰,那么火焰就没有足够的时间灼伤皮肤。
采用微型刀具的高速加工原理也与此相同。移动太快,热量就没有足够的时间反馈到零件内,造成一些问题。
采用很小的微型刀具加工石墨或其他材料,实际上不是一件简单容易的事情,尤其是在一台普通的数控机床的40锥度主轴上,很难找到能够夹持这么小刀具的夹头。因为这种主轴是专门为夹持3in(1in=25.4mm)飞刀而设计的,用于高密度基质材料的深度切削。
因此,其扭力很大,很容易使小型刀具断裂,而且效率不高、费用很大。在这种情况下,操作人员可以选用的惟一方法是降低转速和进给率,使机床处于缓慢的工作状态,这样势必功效很低,其加工周期之长是让人无法接受的。
如果以更加形象的方式比喻,这好比是一辆半动力卡车与一辆赛车之间的关系。在现实中,这两者是无法相比的。
因为卡车的设计是需要动力和力量来拖拉运输大量的货物,而赛车的设计是需要速度和机动灵活性。实质上,凡是表示其普通数控机床能够使用微型刀具的机床制造商,就好像汽车制造商那样,将阻流板安装在SUV车型上并喷上赛车条纹,然后声称它也具有保时捷汽车同样的质量。
事实上,在SUV车型上安装阻流板和喷上赛车条纹后,并不能将其当作赛车使用那样,也不能将一根翻新的高速主轴安装到普通的机床上,希望其能成为可以使用微型刀具的高速加工机床。2.几何形状如同普通的数控机床一样,不可能翻修成为可以有效使用微型刀具的机床,普通刀具(大型刀具)的几何形状也不可能按比例缩小成微型刀具。
用于铣削加工电极的刀具,其几何形状对加工电极的质量和效率起着非常关键的作用。按比例缩小大型刀具的几何形状而制成的小格式刀具,其进给速度和加工的表面质量是无法让人满意的。
当刀具的直径缩小,并且主轴的速度降低时,对刀具的要求也发生了变化。使用镶刀片的普通刀具不适合作为微型刀具。
这主要是因为其高转速,而不是刀具的直径。3.刀具的磨损增加转速需要适当地平衡刀具,以大幅度提高切削的空间,保证切屑能够很好的排除。
在铣削加工石墨时,刀具的几何形状有利于提高生产效率和产品质量。但由于这种材料的固有研磨特性,因此刀具的磨损仍然是一个令人关注的问题。
专用涂层是保护刀具过度磨损的有力武器。可以考虑使用的涂层有金刚砂涂层、钢材加工中使用的氮化钛铝合金涂层(TiAlN),以及氮化铝铬合金涂层(AlCrN)。
一般用于高硬度铝材(如铸铝或砂铸铝)的加工,总之这种涂层对加工其他研磨性基质材料(如玻璃纤维)显示出了很好的优势。系统性能的考虑1.防尘措施由于石墨是一种研磨性材料,因此对数控机床加工件的保护,使其免受石墨粉尘的侵害是极为重要的(见图2)。
有些机床制造商研发一种解决方案,它可以满足这些特殊应用的需要。 图2 在这台高速铣床上,围绕石墨工件和主轴周围的是一个 气缸,从这里能吹出一股螺旋式气流(或涡流),这样就能使 灰尘保持运动状态,使其没有沉降的机会,从而达到吸尘的目的寻求石墨加工机床应满足以下要求:(1)线性导轨和滚珠丝杠应采用正压气流保护,防止高速加工中心的运动机构内进入研磨性粉。
4.加工石墨电极的普通车床刀具有哪些
根据加工的要求,刀具必须刃磨成一定的外形和几何角度。
(1) 车外圆(拉荒)刀具。石墨材料硬度低,塑性较小,加 工时切削变形和切削力小,但石墨化毛坯表面黏结有一些填充 料,甚至局部表面黏结有硬度很高的碳化硅,这些杂质对刀具构 成一定的损害,并且石墨材料表面被切削时,掉下来的全是碎粒 状切屑,切削抗力全集中在切削刃上,。
刀尖处内散热性差,故应 选择较小的前角,在不影响刀具强度的情况下适当加大后角 (25°〜35°)。刀头材料一般选用YG8硬质合金,刀杆材料为45号钢,采用焊接方法固定。
(1) 镗孔刀具。加工圆锥形接头孔的镗孔刀具的刀头主切削 刃上有30°的过渡刃,以供刀片磨损时补偿用,刀头上主切削刃 长度要保证能加工石墨电极孔底直径的一半。
镗孔刀的切削负荷 较大,因此要求刀具结构有足够的刚度和强度。镗孔刀具为若干 片YG8硬质合金刀头和45号钢刀杆焊接而成。
(2) 平端面刀具。加工电极接头孔时处刀架上同时安装镗孔 刀和平端面刀,当电极接头孔镗到一定尺寸时,平端面刀开始吃 刀,最后电极接头孔和端面同时完成加工。
刀头材料一般选用 YG8硬质合金,刀杆材料为45号钢,采用焊接方法固定。⑷内螺纹加工刀具。
用杂刀加工内螺纹时,刀杆上安装三 把铣刀,第一把刀用来加工内螺纹,通常称为“主饰刀”或“前 刀”,第二把刀用来铣削螺纹齿顶,通常称为“副铣刀”,第三把 刀用来加工半扣,通常称为“尾刀”。 高速钢制成的整体铣刀可 用于圆锥形和圆柱形内螺纹孔的加工,加工圆锥形电极接头内螺 纹用尾刀的刀体采用45号钢、刀片采用YG8硬质合金镶焊而 成。
加工电极内螺纹时,将螺纹铣刀与修正电极孔端部(也称半 扣)的尾刀同装于一把铣刀杆上使用。(1) 外螺纹加工刀具。
目前接头螺纹加工普遍采用梳刀加 工,也可采用圆盘成形铣刀和前刀。圆盘成形铣刀外形及制造工 艺与加工电极内螺纹的圆盘成形铣刀相同,只是刀齿的方向不 同。
前刀(荒洗刀)类似于加工电极内螺纹的尾刀,安装于螺纹 铣刀前面,由45号钢刀盘和YG8硬质合金刀片镶焊而成。 梳齿 形螺纹加工刀具为高速钢CW18&4V)制作,也可用YG8硬质 合金制作。
梳刀在加工过程中会磨损或变钝,硬质合金梳刀一般 加工800个产品后需刃磨0。2〜0。
3mm,而高速钢梳刀在加工200个产品后需刃磨1mm左右。