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石墨電極銑削加工有難度?德國jager高速電主軸提供完整的脆性材料加工解決方案

通常石墨加工常見的加工方式是放電加工,銑削加工石墨的方法並不多見。儘管石墨是一種非常容易切削的材料,但由於石墨材料必須具有足夠的強度以免在操作和銑削加工過程中受到破壞,同時電極形狀(薄壁、小圓角、銳變)等也對石墨電極的晶粒尺寸和強度提出較高的要求,這導致在加工過程中石墨工件容易崩碎,Jager電主軸內部錐體徑跳小於1μ,完全可以勝任加工石墨極脆質材料。

德國jager電主軸

德國Jager電主軸在石墨電極加工領域擁有多年的經驗能夠為用戶提供完整的解決方案。

石墨電極銑削加工在未來成主流趨勢

1、模具幾何形狀的日益複雜化以及產品應用的多元化導致對火花機的放電精確度要求越來越高。石墨電極的優點是加工較容易,放電加工去除率高,石墨損耗小,但是加工效率往往較低,而採用高精度電主軸銑削的方式則大大提供了加工效率!

2、石墨電極較容易加工,且加工速度明顯快於銅電極。比如採用銑削工藝加工石墨,其加工速度較其它金屬加工快2~3倍且不需要額外的人工處理。而加工石墨電機過程中對粉塵防禦,這需要電主軸具有極高的密封度,Jager電主軸採用迷宮式氣封結構,可以有效防止切削屑、粉塵進入從而保護主軸!

3、石墨電極與傳統銅電極的設計不同。許多模具廠通常在銅電極的粗加工和精加工有不同的預留量,而石墨電極則使用幾乎相同的預留量,這減少了CAD/CAM和機器加工的次數,單是這個原因,就足以在很大程度上提高模具型腔的精度。

德國jager電主軸

石墨電極具有以下傳統銅電極無法比擬的優質特性:

l加工速度:高速銑粗加工較銅快3倍;高速銑精加工較銅快5倍

l可加工性好,能實現複雜的幾何造型

l重量輕,密度不足銅的1/4,電極容易夾持

l可減少單個電極的數量,因為可捆綁做成組合電極

l熱穩定性好,不變形無加工毛刺

石墨加工對於刀具選擇注意事項

石墨電極與銅電極相比具有電極消耗小、加工速度快、機械加工性能好、加工精度高、熱變形小、重量輕、表面處理容易、耐高溫、加工溫度高、電極可粘結等優點。雖然石墨材料易於切削,但是對於石墨電極加工中容易崩碎以及對石墨電極形狀有較高要求,刀具容易磨損,選擇刀具也顯得極其重要。

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選擇刀具時幾點事項:

1、刀具材料

刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素,對於加工效率、加工質量、加工成本以及刀具耐用度影響很大。刀具材料越硬,其耐磨性越好,硬度越高,衝擊韌性越低,材料越脆。

硬度和韌性是一對矛盾,也是刀具材料所應克服的一個關鍵。對於石墨刀具,普通的TiAlN塗層可在選材上適當選擇韌性相對較好一點的,也就是鈷含量稍高一點的;對於金剛石塗層石墨刀具,可在選材上適當選擇硬度相對較好一點的,也就是鈷含量稍低一點的;

2、刀具的幾何角度

石墨刀具選擇合適的幾何角度,有助於減小刀具的振動,反過來,石墨工件也不容易崩缺;

(1)前角,採用負前角加工石墨時,刀具刃口強度較好,耐衝擊和摩擦的性能好,隨著負前角絕對值的減小,後刀面磨損面積變化不大,但總體呈減小趨勢,採用正前角加工時,隨著前角的增大,刀具刃口強度被削弱,反而導致後刀面磨損加劇。負前角加工時,切削阻力大,增大了切削振動,採用大正前角加工時,刀具磨損嚴重,切削振動也較大。

(2)后角,如果后角的增大,則刀具刃口強度降低,後刀面磨損面積逐漸增大。刀具后角過大後,切削振動加強。

(3)螺旋角,螺旋角較小時,同一切削刃上同時切入石墨工件的刃長最長,切削阻力最大,刀具承受的切削衝擊力最大,因而刀具磨損、銑削力和切削振動都是最大的。當螺旋角去較大時,銑削合力的方向偏離工件表面的程度大,石墨材料因崩碎而造成的切削衝擊加劇,因而刀具磨損、銑削力和切削振動也都有所增大。

因此,刀具角度變化對刀具磨損、銑削力和切削振動的影響是前角、后角及螺旋角綜合產生的,所以在選擇方面一定要多加註意。

3、刀具的塗層

金剛石塗層刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦係數低等優點,現階段金剛石塗層是石墨加工刀具的最佳選擇,也最能體現石墨刀具優越的使用性能;金剛石塗層的硬質合金刀具的優點是綜合了天然金剛石的硬度和硬質合金的強度及斷裂韌性;

但是在國內金剛石塗層技術還處於起步階段,還有成本的投入都是很大的,所以金剛石塗層在近期不會有太大發展,不過我們可以在普通刀具的基礎上,優化刀具的角度,選材等方面和改善普通塗層的結構,在某種程度上是可以在石墨加工當中應用的。

4、刀具刃口的強化

刀具刃口鈍化技術是一個還不被人們普遍重視,而又是十分重要的問題。金剛石砂輪刃磨後的硬質合金刀具刃口,存在程度不同的微觀缺口(即微小崩刃與鋸口)。石墨高速切削加工刀具性能和穩定性提出了更高的要求,特別是金剛石塗層刀具在塗層前必須經過刀口的鈍化處理,才能保證塗層的牢固性和使用壽命。

刀具鈍化目的就是解決上述刃磨後的刀具刃口微觀缺口的缺陷,使其鋒值減少或消除,達到圓滑平整,既鋒利堅固又耐用的目的。

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5、刀具的機械加工條件

選擇適當的加工條件對於刀具的壽命有相當大的影響。

(1)切削方式(順銑和逆銑),順銑時的切削振動小於逆銑的切削振動。順銑時的刀具切入厚度從最大減小到零,刀具切入工件後不會出現因切不下切屑而造成的彈刀現象,工藝系統的剛性好,切削振動小;

逆銑時,刀具的切入厚度從零增加到最大,刀具切入初期因切削厚度薄將在工件表面劃擦一段路徑,此時刃口如果遇到石墨材料中的硬質點或殘留在工件表面的切屑顆粒,都將引起刀具的彈刀或顫振,因此逆銑的切削振動大;

(2)吹氣(或吸塵)和浸漬電火花液加工,及時清理工件表面的石墨粉塵,有利於減小刀具二次磨損,延長刀具的使用壽命,減少石墨粉塵對機床絲杠和導軌的影響;

(3)選擇合適的高轉速及相應的大進給量。

綜述以上幾點,刀具的材料、幾何角度、塗層、刃口的強化及機械加工條件,在刀具的使用壽命中扮演者不同的角色,缺一不可,相輔相成的。一把好的石墨刀具,應具備流暢的石墨粉排屑槽、長的使用壽命、能夠深雕刻加工、能節約加工成本。


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