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石墨电极替代铜电极的理由

2017-05-26 09:37:24??????点击:
石墨材料是由石墨质碳组成的炭素材料,是当今工业材料中发展最迅猛的材料之一,不但在传统工业产业(冶金、化工,机械)中的使用数量增加,而且其应用


己扩展到更广泛的高新科技领域,例如:航天、航空、电子、电化学,通信、核工业、精密机械、生物工程和环境保护等领域[1圳。本文研究的石墨材料是电火花


加工用的冷等静压成型各向同性高性能石墨电极材料(除特别指明外,凡本文研究的石墨材料均简称石墨),在国外应用非常广泛,在美国95%以上的电火花加工用


户选用石墨作电极材料,在其它工业发达国家如日本和瑞士等国家,石墨在电火花加工用电极材料中也占有主要地位。近年来,石墨作为电极材料在我国汽车、家


电、通信和电子等行业制品的模具电火花加工制造领域中的应用日益广泛。石墨的密度约为1.55一1.859/em3,仅为铜密度的1/5,同时石墨可粘接,因此可用


于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、电极消耗小和热变形小等优点,特别适合于制造加工带有薄壁、翅片和微细孔等特殊结构的复


杂型腔模具用的电极,石墨电极材料已逐渐取代铜电极成为电火花加工用电极材料的主流。
     
      石墨的传统加工方法有车、铣、磨和锯等,但都只能实现形状简单、精度不高的电极加工。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推


广应用,这些传统加工方法已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10,000至60,000r/min之间,进给速度可达60m/rain,加工壁厚


可小于O.2ram,最小圆角可小于O.2ram,表面加工质量和加工精度高,是目前实现石墨高效高精度加工的主要手段[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快速发展,带有深槽、窄缝和微群孔等精密微细结构的模具的需求量随之剧增,这对制造精密复杂模具用的石墨电极的高速加工工艺技术也


提出了巨大的需求和更高更新的要求。石墨为典型的非均质脆性材料,高速铣削时产生的石墨切屑通常为颗粒状微细粉尘,即使有强力的吸尘系统也非常容易散落


、堆积和粘附在前后刀面及已加工表面上,与被加工石墨材料一同对切削刀具产生剧烈的摩擦作用,因此石墨切削加工的刀具磨损和破损非常严重。通常,由刀具


磨损所产生的刀具成本占总加工成本的三分之一以上,同时也导致工件尺寸精度和表面质量不易得到保证。石墨高速铣削加工过程中,由于下列原因,均可能对石


墨工件造成切削冲击,导致石墨电极边角脆性崩碎:(1)工件圆角或拐角处铣削方向的改变;(2)机床加速度的突然变化:(3)刀具切入和切出的方向和角度变化;


(4)断续铣削加工的切削振动:(5)刀具磨损和破损等。目前,在我国石墨电极高速加工企业的实际生产过程中,对于工艺参数的选择主要还是依赖于编程人员的现


场实践经验。由于缺乏系统的石墨高速铣削工艺技术理论做指导,因此很难针对不同的加工方式、刀具材料、工件材料和形状等特殊要求对高速铣削工艺参数做出


及时合理的选择,这也是制约石墨电极进一步推广与应用的关键因素之一。因此,如何从基础理论研究出发,探寻石墨加工刀具磨损机理和加工过程中工件的破碎


机制,合理选择高速铣削工艺,实现低成本、高精度和高效率石墨加工,是目前石墨加工中急需解决的重要应用基础研究问题。本文针对硬质合金微铣刀高速铣削


石墨过程中出现的刀具磨损严重、石墨电极边角崩碎、刀具及其几何参数选择缺乏理论指导等问题,采用摩擦学、切削力学和材料学等理论,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磨损和磨粒磨损行为,揭示了硬质合金刀具基体材料及涂层与石墨的摩擦磨损机理,分析研究了刀具材料


、几何角度、工艺参数等对表面加工质量、切削力和刀具磨损的影响,对石墨高速铣削工艺参数进行了优选,并在此基础上实现了典型薄壁结构石墨电极的低成本


高精度高效率加工。这些研究对提高石墨电极高速铣削的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较大的推动作用和一定的经济效益。