石墨切削加工工艺

石墨材料的传统机械加工方法有车削、铣削、磨 削、锯削等，但都只能实现形状简单、精度不高的石墨件加工。随着石墨高速加工中心、刀具以及相关配套技术的快速发展和应用，这些传统加工方法已经逐渐被高速加工技术所取代。实践表明: 由于石墨的硬脆特性，在加工时刀具磨损较为严重，因此，建议使用硬质合金或金刚石涂层的刀具。

由于石墨具有特殊性，为实现石墨零件的高质量加工，必须采取相应的工艺措施来保证。石墨材料粗加工时，刀具可直接在工件上进刀，采用相对较大的切削参数; 精加工时为避免崩碎的发生，经常采取使用耐磨性好的刀具，减小刀具的切入量，并保证切削刀具的螺距切入量小于刀具直径 1 /2，加工两端部时进行减速加工等工艺措施。

切削加工时还需要合理安排走刀路线，在加工内外形轮廓时，应尽可能采用环绕等高切削，可使得被切削部分受力部位始终比较厚、强度比较高，防止工件断裂。在加工平面或槽时，尽可能选择斜线或螺旋进刀; 避免在零件工作面上形成岛屿，避免在工作面上切离工件。

另外，切削方式也是影响石墨切削加工的重要因素，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弹刀现象，故一般石墨加工选择顺铣。

在加工结构复杂的石墨工件时，除了要按以上的考虑优化加工工艺外，还要根据具体的情况采取一些特殊的措施，以达到最佳的切削效果。

石墨高速加工中，由于石墨材料的硬度、切屑形成的断续性以及高速切削特性的影响，切削过程中形成交变切削应力并产生一定的冲击振动，刀具容易发生前刀面和后刀面的磨损，严重影响刀具的使用寿命，因此石墨高速加工用的刀具要求具有较高的耐磨损性和抗冲击性。

金刚石涂层刀具具有高硬度、高耐磨性、摩擦系数低等优点，目前金刚石涂层刀具是石墨加工的最佳选择。

石墨加工刀具还需要选择合适的几何角度，这样有助于减小刀具的振动、提高加工质量，而且可以降低刀具磨损。德国学者对石墨切削机理研究显示，石墨切削过程中石墨去除和刀具前角有密切关系。负前角切削增加了压应力，有利于促进材料的破碎，提高了加工效率，同时避免产生大尺寸的石墨碎片。

石墨高速切削的常用刀具结构类型有立铣刀、球头刀和圆角铣刀。立铣刀一般主要用于平面和形状比较简单的曲面加工，球头铣刀是加工曲面的理想刀具，而圆角铣刀兼有球头刀和立铣刀的特点，对曲面和平面都可进行加工。

石墨高速切削时选用合理的切削参数对于工件加工质量、效率的提高有着重要的意义，由于石墨高速加工的切削过程非常复杂，选择切削用量和加工策略时，需要考虑工件结构、机床特性、刀具等多方面因素，这主要依靠大量的切削加工实验。

对于石墨材料，在粗加工过程中需要选择高转速、快速进给、大吃刀量的切削参数，可以有效提高加工效率; 但由于石墨在加工过程中易产生崩角现象，尤其在棱边等位置易形成锯齿状，在这些部位应适当降低进给速度，不宜大吃刀量。

对于薄壁结构石墨件，容易发生边角崩碎的原因主要是由切削冲击、让刀和弹刀以及切削力波动所造成。降低切削力可以减少让刀和弹刀，提高薄壁结构石墨件的表面加工质量，减小边角崩碎和折断。

石墨高速加工中心的主轴转速一般较大，在机床主轴功率允许的前提下，选取较高的切削速度，可有效地降低切削力，加工效率也可得到显著提高; 在选定主轴转速的情况下，每齿进给量应与主轴转速相适应，以防止进给太快吃刀量大造成崩刃现象。通常石墨切削加工在石墨专用机床上进行，机床转速一般为 3000 ～ 5000r /min，进给速度一般为 0． 5 ～ 1m /min，粗加工时选择相对低的转速，精加工时选择高的转速。对于石墨高速加工中心来说，机床转速较高，一般选择在 10000 ～20000r /min 之间，进给速度一般在 1 ～ 10m /min 之间。

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