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与石墨的搏斗:加工指南

发布日期:2021-07-21 11:10:48浏览次数:52

石墨是一种较软的材料,但实际上是最难加工的材料之一。机械师在使用数控机床加工这些零件时,需要考虑工具、冷却液的使用和人身安全。这个“放大镜”柱将检查材料特性,要考虑的关键加工技术,以及适当选择刀具的技巧,以在这个棘手的材料中取得成功。

数控机床加工石墨

什么是石墨?

石墨是碳的同素异形体,但这两个术语并不简单地互换。碳是一种元素,可以形成几个不同的同素异形体,包括石墨、金刚石和富勒石。石墨恰好是最稳定的碳形态,也是最常见的,因为在标准条件下,碳自然会以石墨的形式出现。

石墨以其优异的导电性和耐高温、耐腐蚀性而得到了广泛的认可。这使得它成为航空航天、电极、核能、能源和军事工业中高温高压环境中的常见材料。

尽管石墨可以轻松地处理强烈的高压情况,但它实际上是一种非常柔软、耐磨、易碎的材料。这在加工时会带来严重的挑战,因为石墨会腐蚀刀具,并严重缩短刀具的使用寿命。然而,有了适当的工具和技术,就有办法优化石墨加工,使其比竞争对手更具成本效益。

石墨加工技术

由于石墨是一种软而脆的材料,因此在使用数控机床加工时需要特别考虑以避免产生碎屑。为了得到一个好的切割,建议您采取轻芯片负载和使用较低的进给率在石墨。如果你要在一个快速的进给速度下进行一个大的切割,你会开始切割石墨,并可能导致它完全断裂。为了给出一个比较点,石墨的切屑载荷与铝材料的切屑载荷相似,但不到进给速度的一半。

为了给你一个石墨的速度和进给的想法,这里是一个例子,使用1/4工具CVD金刚石涂层,4槽方铣刀。如果该工具在780 SFM的标准转速12000下运行,则对于140 IPM的进给率,建议的芯片负载为.00292。

在机器设置方面,要记住的一个主要提示是始终避免使用冷却液。石墨是一种相当多孔的材料,因此它可以吸收冷却液并充当“冷却液海绵”,这将导致成品零件出现问题。在机器内部和工装上,冷却液实际上会与石墨粉尘发生反应,产生研磨浆,这将在加工过程中造成问题。建议在加工石墨时使用真空系统清除材料。否则,涂层刀具应能够干燥运行。

加工石墨时要注意的另一件事是,由于石墨不会产生碎屑,而是一团非常磨蚀的灰尘,如果没有适当的护理,它可能对操作员和机器有害。操作人员应佩戴防护面罩,避免吸入石墨粉尘。适当的通风和保持车间的空气质量也是在石墨中工作时保护机械师的关键。

由于石墨粉尘也具有极强的导电性,它很容易损坏数控机床内部的非保护电路,从而导致重大电气问题。虽然不建议使用冷却液,但真空系统有助于清除灰尘,防止灰尘在机器内部积聚过多,防止出现严重问题。

石墨加工用刀具

如前所述,石墨是一个臭名昭著的刀具杀手,由于其极易磨损的性质。即使是最高质量的硬质合金立铣刀,如果不涂层,在大多数工作中也会很快磨损。这种极端磨损可能会迫使在操作过程中更换刀具,这可能导致在尝试重新启动磨损刀具停止的操作时零件出现缺陷。

石墨加工中,选择刀具时,涂层和切削刃是最重要的考虑因素。刀具几何的凹槽计数、螺旋角和其他关键特征最终在购买工具时仅次于涂层。

对于石墨加工,建议尽可能使用CVD(化学气相沉积)金刚石涂层,以最大限度地提高刀具寿命和刀具性能。这些涂层直接生长到硬质合金端铣刀中,提高硬度,并使工具具有比PVD金刚石涂层厚5倍的涂层层。CVD金刚石涂层虽然不是最锋利的边缘,但由于金刚石层较厚,它比其他金刚石涂层提供了更长的刀具寿命。

尽管CVD涂层刀具的初始加工成本可能高于未涂层刀具,但由于CVD涂层刀具的刀具寿命比未涂层刀具长得多,这使得每个零件的成本显著降低。在像石墨这样的难磨材料中,在石墨的耐磨性完全磨损切削刃之前,无涂层硬质合金刀具将持续很短的时间。使用CVD涂层刀具将使您在竞争中领先一大步,使您的机器在更换刀具的停机时间更短的情况下保持运行,并最终实现可观的成本节约。

总的来说,石墨是一种很难用数控机床加工的材料,但只要有合适的刀具、合适的速度和进给量,你很快就能制造出高质量的零件。