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石墨電極為什么可以代替銅？

2023年10月05日次瀏覽

石墨材料是由石墨質(zhì)碳組成的炭素材料，是當今工業(yè)材料中發(fā)展最迅猛的材料之一，不但在傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)(冶金、化工，機械)中的使用數(shù)量增加，而且其應(yīng)用己擴展到更廣泛的高新科技領(lǐng)域，例如：航天、航空、電子、電化學，通信、核工業(yè)、精密機械、生物工程和環(huán)境保護等領(lǐng)域。本文研究的石墨材料是電火花加工用的冷等靜壓成型各向同性高性能石墨電極材料(除特別指明外，凡本文研究的石墨材料均簡稱石墨)，在國外應(yīng)用非常廣泛，在美國95％以上的電火花加工用戶選用石墨作電極材料，在其它工業(yè)發(fā)達國家如日本和瑞士等國家，石墨在電火花加工用電極材料中也占有主要地位。近年來，石墨作為電極材料在我國汽車、家電、通信和電子等行業(yè)制品的模具電火花加工制造領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛。石墨的密度約為1．55一1．859／em3，僅為銅密度的1／5，同時石墨可粘接，因此可用于制造形狀復雜的大型電極。與銅電極材料相比，石墨具有強度高、電極消耗小和熱變形小等優(yōu)點，特別適合于制造加工帶有薄壁、翅片和微細孔等特殊結(jié)構(gòu)的復雜型腔模具用的電極，石墨電極材料已逐漸取代銅電極成為電火花加工用電極材料的主流。

石墨的傳統(tǒng)加工方法有車、銑、磨和鋸等，但都只能實現(xiàn)形狀簡單、精度不高的電極加工。隨著石墨高速加工中心、刀具以及相關(guān)配套技術(shù)的快速發(fā)展和推廣應(yīng)用，這些傳統(tǒng)加工方法已逐漸被高速加工技術(shù)所取代。石墨高速加工中心的主軸轉(zhuǎn)速通常在10，000至60，000r／min之間，進給速度可達60m／rain，加工壁厚可小于O．2ram，最小圓角可小于O．2ram，表面加工質(zhì)量和加工精度高，是目前實現(xiàn)石墨高效高精度加工的主要手段[61。隨著模具行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向大型化、精密化、復雜化和高效化方向快速發(fā)展，帶有深槽、窄縫和微群孔等精密微細結(jié)構(gòu)的模具的需求量隨之劇增，這對制造精密復雜模具用的石墨電極的高速加工工藝技術(shù)也提出了巨大的需求和更高更新的要求。石墨為典型的非均質(zhì)脆性材料，高速銑削時產(chǎn)生的石墨切屑通常為顆粒狀微細粉塵，即使有強力的吸塵系統(tǒng)也非常容易散落、堆積和粘附在前后刀面及已加工表面上，與被加工石墨材料一同對切削刀具產(chǎn)生劇烈的摩擦作用，因此石墨切削加工的刀具磨損和破損非常嚴重。通常，由刀具磨損所產(chǎn)生的刀具成本占總加工成本的三分之一以上，同時也導致工件尺寸精度和表面質(zhì)量不易得到保證。石墨高速銑削加工過程中，由于下列原因，均可能對石墨工件造成切削沖擊，導致石墨電極邊角脆性崩碎：

(1)工件圓角或拐角處銑削方向的改變；

(2)機床加速度的突然變化：

(3)刀具切入和切出的方向和角度變化；

(4)斷續(xù)銑削加工的切削振動；

(5)刀具磨損和破損等。

目前，在我國石墨電極高速加工企業(yè)的實際生產(chǎn)過程中，對于工藝參數(shù)的選擇主要還是依賴于編程人員的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗。由于缺乏系統(tǒng)的石墨高速銑削工藝技術(shù)理論做指導，因此很難針對不同的加工方式、刀具材料、工件材料和形狀等特殊要求對高速銑削工藝參數(shù)做出及時合理的選擇，這也是制約石墨電極進一步推廣與應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。因此，如何從基礎(chǔ)理論研究出發(fā)，探尋石墨加工刀具磨損機理和加工過程中工件的破碎機制，合理選擇高速銑削工藝，實現(xiàn)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決的重要應(yīng)用基礎(chǔ)研究問題。本文針對硬質(zhì)合金微銑刀高速銑削石墨過程中出現(xiàn)的刀具磨損嚴重、石墨電極邊角崩碎、刀具及其幾何參數(shù)選擇缺乏理論指導等問題，采用摩擦學、切削力學和材料學等理論，以及在線攝影技術(shù)、材料微觀分析技術(shù)和測試分析技術(shù)，通過大量的正交切削實驗、高速銑削實驗和摩擦磨損實驗，深入研究了石墨正交切削和高速銑削的切屑形成機理，提出了石墨切削機理模型，系統(tǒng)研究了石墨／硬質(zhì)合金副的滑動摩擦磨損和磨粒磨損行為，揭示了硬質(zhì)合金刀具基體材料及涂層與石墨的摩擦磨損機理，分析研究了刀具材料、幾何角度、工藝參數(shù)等對表面加工質(zhì)量、切削力和刀具磨損的影響，對石墨高速銑削工藝參數(shù)進行了優(yōu)選，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了典型薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極的低成本高精度高效率加工。這些研究對提高石墨電極高速銑削的加工技術(shù)水平具有重要意義，也將為我國模具制造業(yè)的發(fā)展帶來較大的推動作用和一定的經(jīng)濟效益。