石墨高速加工的刀具選用

高速切削時(shí)，對(duì)不同的工件材料選用與其合理匹配的刀具材料和適應(yīng)的加工
方式等切削條件，才能獲得最佳的切削效果。目前生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的刀具材料主
要有金剛石、立方氮化硼、陶瓷刀具、涂層刀具和TiC(N)基硬質(zhì)合金刀具(金
屬陶瓷)和粉末冶金高速鋼(PM HSS)等[22,23,28,32,531。
高速切削時(shí)，隨著切削速度的提高，切削力減小，切削溫度上升很快，達(dá)到
一定值后上升逐漸趨緩。因此高速切削造成刀具損壞的最主要原因是切削力和切
削溫度作用下的機(jī)械摩擦、粘結(jié)、化學(xué)磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等磨損和
破損。金屬高速切削對(duì)刀具材料最主要的要求是高溫時(shí)的良好力學(xué)性能、熱物理
性能、抗粘結(jié)性能、化學(xué)穩(wěn)定性(氧化性、擴(kuò)散性、溶解度等)和抗熱震性能以
及抗涂層破裂性能等[28,53,541。在石墨高速加工中，由于石墨材料的高磨蝕性、脆
性、石墨切屑形成的斷續(xù)性以及高速銑削的斷續(xù)切削本質(zhì)的影響，刀具表面在高
速銑削過(guò)程中的交變切削應(yīng)力和切削沖擊的作用下，容易發(fā)生早期破損、快速磨
損甚至破損失效，因此石墨高速加工用的刀具要求具有較高的耐磨粒磨損性和抗 沖擊性。

 肖氏硬度—生選用適合于高速加工的刀具時(shí)，需要從提高耐用度、可靠性和安全性的角度，

對(duì)刀具基體與涂層材料和刀具與工件材料匹配進(jìn)行綜合考慮。適用于石墨加工的
刀具材料目前主要有金剛石刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、硬質(zhì)合金刀具和
高速鋼。各種材料的刀具在切削石墨電極時(shí)刀具磨損量隨切削時(shí)間幾乎都呈直線
上升148,561。石墨切削加工應(yīng)選用與石墨材料硬度相適應(yīng)的刀具，如圖l一6所示。
各種刀具材料加工石墨時(shí)的使用壽命排序大致為：

CVD金剛石涂層刀具>PCD聚晶金剛石刀具>陶瓷刀具>涂層硬質(zhì)合金刀具>硬質(zhì)合金刀具>高速鋼16l，其中，

CVD金剛石涂層刀具的使用壽命是硬質(zhì)合金的8～lO倍【57l，陶瓷是硬質(zhì)合金的3～7
倍【5們，硬質(zhì)合金是高速鋼的6。7倍1561。
CVD金剛石涂層刀具的允許切削速度比硬質(zhì)合金刀具高2～3倍，切削刃鋒利
且一致性好，摩擦因數(shù)低，可在高轉(zhuǎn)速和低進(jìn)給下實(shí)現(xiàn)薄壁石墨電極的高速高精
密加工157J。PCD聚晶金剛石刀具具有重刃磨性好和刀具成本低等優(yōu)點(diǎn)，但由于受
刀具外形和結(jié)構(gòu)的限制而不適合于復(fù)雜結(jié)構(gòu)石墨電極的細(xì)節(jié)加工。立方氮化硼刀
具具有較高的硬度和耐磨性，是加工超硬碳．石墨復(fù)合材料的比較理想的刀具，可
提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，但存在刀具韌性不足和易崩刃現(xiàn)象f5舯，因此在高速銑削
加工中較少使用，多用于車削加工。陶瓷刀具極容易破損，刃口經(jīng)常出現(xiàn)崩刃，
因而適用于石墨的車削精加工；采用A1203．TiC系陶瓷車刀精車石墨零件的幾何
精度可達(dá)O．002mm，表面粗糙度可穩(wěn)定在Ra O．32 gm[591。
顯然，CVD金剛石涂層刀具從切削性能上來(lái)說(shuō)是適用于石墨高速銑削的最佳
刀具”。”，但是由于目前刀具的制造工藝尚不穩(wěn)定，刀具價(jià)格非常昂貴，從而限制
了其在石墨加工領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。因此，目前適用于石墨高速銑削的刀具仍然
是硬質(zhì)合金刀具，經(jīng)濟(jì)型涂層超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金銑刀由于涂層耐磨性較高、硬質(zhì)
合金基體韌性好、性價(jià)比相對(duì)較高而在石墨加工中得到了廣泛的應(yīng)用。目前常用
于石墨加工的普通刀具涂層有AITiN和TiAIN等，AITiN具有表面硬度高(4500～
4900HV)、摩擦因數(shù)小和導(dǎo)熱率低等優(yōu)點(diǎn)，比TiAIN涂層硬度(2600～2800 HV)
高，因此更適用于石墨加工。