石墨電極高速加工刀具磨損

　　刀具磨損是石墨電極加工中最重要的問題。磨損量不僅影響刀具損耗費(fèi)用、加工時(shí)間、加工質(zhì)量，而且影響電極EDM加工工件材料的表面質(zhì)量，是優(yōu)化高速加工的重要參數(shù)。

　　石墨電極材料加工的主要刀具磨損區(qū)域?yàn)榍暗睹婧秃蟮睹�。在前刀面上，刀具與破碎切屑區(qū)的沖擊接觸產(chǎn)生沖擊磨粒磨損，沿工具表面滑動(dòng)的切屑產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦磨損。影響高速加工刀具磨損的因素：

　　一、前刀面沖擊磨損

　　切屑顆粒在刀具前刀面產(chǎn)生的沖擊有兩種形式，一種是與前刀面呈一定角度的沖擊，這種沖擊導(dǎo)致表面層脫落或剝落：另一種是切削沖擊，即石墨切屑在刀具前刀面產(chǎn)生微切削，最大切削溝痕寬度達(dá)150nm，沖擊區(qū)磨損形成了前刀面月牙洼磨損(圖4)。

圖4 刀具磨損

　　二、前刀面滑動(dòng)區(qū)刀具磨損

　　在前刀面的滑動(dòng)磨損區(qū)，石墨碎屑對前刀面有一定的保護(hù)作用。后刀面磨損主要是刀具后刀面與已加工表面的機(jī)械摩擦磨損。

　　三、切削速度

　　切削速度增大，雖然大塊斷裂面積增加，但KT減小，KB大致不變，同時(shí)月牙洼磨損截面積減小。隨著切削速度的增大，在摩擦面生成的石墨潤滑膜增厚，表面磨損系數(shù)減小，所以刀具磨損下降很快，這也是采用高速加工石墨優(yōu)越性的一個(gè)重要原因。

　　四、刀具材料

　　刀具材料對沖擊磨損量的影響很大。一般刀具材料HV提高，則KT下降。刀具材料對刀具磨損的影響如圖5所示。

　　工件材料:EK85：晶粒尺寸:13?m：刀具:立銑刀，D=12mm，Z=2：切削條件:fz=0.05mm，ap=3mm，ae=12mm

圖5 切削速度與刀具材料對刀具磨損的影響

　　硬質(zhì)合金刀具加工石墨電極材料時(shí)的磨損機(jī)理:在滑動(dòng)區(qū)因微切削和表面疲勞破壞產(chǎn)生磨損：最終導(dǎo)致刀具粘結(jié)相(Co)磨粒磨損和耐磨損相(WC)的磨損、產(chǎn)生裂紋和斷裂脫落。增大WC 的顆粒尺寸和減小Co 相的顆粒尺寸，可使刀具磨損下降。刀具表面有時(shí)會(huì)有石墨粘結(jié)。

　　聚晶金剛石刀具磨損是由石墨切屑對結(jié)合相的磨損以及金剛石破碎后引起的二次磨粒磨損組成。刀具表面通常有一層粘附石墨形成的潤滑膜，其耐磨性是硬質(zhì)合金K10的1～2倍。

　　金剛石薄膜刀具表面通常有強(qiáng)烈的石墨粘附，并有金剛石表面損傷破碎，沒有月牙洼磨損。它屬于宏觀沖擊磨損，而不是機(jī)械磨料磨損。涂層基體硬質(zhì)合金表面處理效果影響涂層效率，也對刀具壽命有很大影響。金剛石薄膜刀具的壽命可達(dá)K10的100倍，并優(yōu)于PCD刀具。

　　硬質(zhì)合金涂層刀具(TiN等)可顯著改善刀具耐磨性。

　　Al2O3陶瓷刀具并不適合切削石墨材料。

　　五、進(jìn)給量

　　提高銑刀每齒進(jìn)給量，KB、KL、KT均增大。增加每齒的切削寬度，即增加了平均切屑厚度，因此切削沖擊上升，刀具磨損上升。從圖6中可看出銑削寬度大于銑刀半徑后切削狀況的改變。

　　工件材料:EK85：晶粒尺寸:13?m：刀具:平底立銑刀，D=12mm，Z=2：刀具材料:硬質(zhì)合金K10：磨鈍標(biāo)準(zhǔn):VB=0.1mm

圖6 進(jìn)給量和銑削寬度與刀具磨損的關(guān)系

　　六、刀具角度

　　刀具前角增大，改變了切屑顆粒沖擊角度，KT下降，但KB變化不大：后角增大，則刀具鋒利性增大，后刀面磨損減�。褐髌�角的變化，改變了切削受力方向和實(shí)際切削面積，因此隨著主偏角增大，刀具磨損也下降，刀具耐用度得到提高(圖7)。

　　刀具:平底立銑刀，D=6mm，Z=2：刀具材料:硬質(zhì)合金K10：磨鈍標(biāo)準(zhǔn):VB=0.12mm：切削條件:Vc=600m/min，fz=0.06mm，ap=6mm，ae=1mm

圖7 刀具角度對刀具磨損的影響

　　七、刀具結(jié)構(gòu)

　　高速銑削常用球頭銑刀和平底銑刀進(jìn)行加工。當(dāng)采用球頭立銑刀加工曲面，其切削速度從外到里是下降的，因此刀具頂部易于磨損。平底立銑刀可加工臺(tái)階輪廓，加工余量波動(dòng)強(qiáng)烈，加工出的工具輪廓波動(dòng)使精加工刀具受到強(qiáng)烈損害。相同條件下這兩種刀具比較，平底立銑刀的切削距離比球頭立銑刀的長。

　　八、石墨電極材料

　　石墨電極材料對刀具磨損有很大影響。如圖8所示，高速加工時(shí)石墨晶粒尺寸越小，刀具壽命越高，刀具壽命大致與抗彎強(qiáng)度和肖氏硬度呈正比。此外石墨電極材料石墨化程度及浸漬材料成分、填充材料粒度，也對刀具磨損有一定的影響。

　　刀具:平底立銑刀，D=6mm，Z=2：刀具材料:HM K10：切削條件:fz=0.05mm，ap=3mm，ae=12mm

圖8 石墨電極材料對刀具磨損的影響

　　九、銑削方向

　　在高速銑削加工中銑削加工方向是十分重要的。相同條件下進(jìn)行順銑和逆銑加工時(shí)，由于破碎顆粒量的不同以及刀具實(shí)際切入沖擊的不同，刀具壽命也不相同，逆銑的刀具壽命高于順銑刀具壽命(圖9)。

　　工件材料:V1364：粒度:7?m：刀具:平底立銑刀，D=6mm：刀具材料:硬質(zhì)合金K10：切削條件:Vc=600m/min，fz=0.074mm，ap=3mm，ae=0.35mm，Rth=5?M

圖9 銑削方向?qū)Φ毒吣�損的影響