技术篇 | 那些年，我们用过的石墨刀具

互推小编 2023-04-22

关于石墨刀具

与铜电极相比，石墨电极具有电极消耗小、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加工过程中收到破坏，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了较高要求，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，刀具与破碎切削区的冲击接触产生冲击磨粒磨损，沿工具表面滑动的切削产生滑动摩擦磨损傲居。

石墨刀具材料

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。

硬度和韧性是矛盾的，也是刀具材料所应解决的一个关键问题。

对于石墨刀具，普通的TIAIN涂层可在选材上适当选择韧性相对好一点的，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高一点的，也就是钴含量低一点的。

刀具几何角度

石墨专用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。

前角

采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击力和摩擦的性能好，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。

后角

如果后角增大，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。

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较长，切削阻力较大，刀具承受的切削冲击力大，因而刀具磨损、铣削力和切削振动都比较大。当螺旋角较大时，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，所以在选择时一定要多加注意。

石墨刀具涂层

金刚石涂层刀具具有硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点。

在现阶段，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由优越的使用性能。金刚石涂层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，目前在国内，金刚石涂层技术还处在起步阶段，还有成本的投入也很大，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、选材和改善普通涂层的结构，在某种程度上，还是可以在石墨加工中应用的。

金刚石涂层刀具与普通涂层的几何角度有本质区别，因此，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，容屑槽也变大，而不会降低刀具刃口的耐磨性。对于普通的TIAIN涂层，虽然与无涂层刀具相比，其耐磨性有显著提高，但比起金刚石涂层来说，在加工石墨时其几何角度应适当减小，以增加其耐磨性。

刃口钝化

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。它所以重要就在于：经钝化后的刀具能有效提高刃口强度、提高刀具寿命和切削过程的稳定性。大家知道刀具是机床的“牙齿”，影响刀具切削性能和刀具寿命的主要因素，除了刀具材料、刀具几何参数、刀具结构、切削用量优化等，通过大量的刀具刃口钝化实践体会到：有一个好的刃口形式和刃口钝化质量，也是刀具能否良好切削加工的前提。因此，刀具刃口的状况好坏也是不可忽视的因素。大家还要重视钨渣回收的前景。

有称“刃口钝化”、“刃口强化”、“刃口珩磨”、“刃口准备”或“ER处理”等，刀具刃口的钝化是一个还不被人们普遍重视，而又十分重要的问题。用金刚石砂轮刃磨后的硬质合金刀具切削刃，存在程度不同的微观缺口（即微小崩刃与锯齿）。石墨的高速切削加工对刀具性能和稳定性提出了更高的要求，特别是金刚涂层刀具，在涂层前必须经过刀口钝化处理，才能保证涂层的牢固性和使用寿命。刀具钝化的目的，就是解决刀具刃磨后的刃口微观缺口的问题，减小其锋利度，达到圆滑平整，既坚固又耐用的目的。

问：为什么要进行刃口钝化处理

答：

1.经普通砂轮或金刚石砂轮刃磨后的刀具刃口，确实存在程度不同的微观缺口(即微小崩刃与锯口)。前者可用肉眼和普通放大镜观察到，后者用100倍(带0.010mm刻线)显微镜能够观察到，其微观缺口一般在0.01-0.05mm，严重者高达0.1mm以上。在切削过程中刀具刃口微观缺口极易扩展，加快刀具磨损和损坏。

2.现代高速切削加工和自动化机床对刀具性能和稳定性提出了更高的要求，特别是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。

3.从国外引进数控机床和生产线所用刀具，其刃口已全部钝化处理。有众多的信息表明，刀具刃口钝化可有效延长刀具寿命200%或更多，大大降低刀具成本，给用户带来巨大的经济效益。因此，深入研究和实践刀具对口钝化这门学问十分重要。这个课题要从以下两个方面做起，一个是选择刃口型式和参数，二是探索刃口钝化技术及参数，做到两者的紧密结合。

加工条件

切削加工条件的选择对于刀具寿命有相当大的影响。

切削方式

顺铣的切削振动小于逆铣。顺铣时，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较大。

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，延长刀具使用寿命，减少石墨粉尘对机床丝杠和导轨的影响。

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