乌兰察布石墨电极高速加工
1、石墨电极材料特性
乌兰察布石墨电极在高温下强度较好、低热膨胀系数、较好的可加工性和良好的热、电导率,因此石墨电极广泛应用 于冶金、电炉、电火花加工等领域。在电火花加工 方面,新型石墨电极材料及其加工技术的发展扩展了电火花加工的应用范围,提高了其使用性能。
石墨电极与铜电极相比具有电极消耗小、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加工过程中受到破坏,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较高的要求,这导致在加工过程中石墨工件容易崩碎,刀具容易磨损。因此如何防止工件崩碎、提高表面加工质量、降低加工刀具成本成为石墨电极加工的一个重要问题。
2、石墨材料切削机理及特点
Masuda(1996)用高速摄影观察了烧结碳(2000℃以下烧结)和石墨(2500℃以上烧结)的车削过程，认为两者的切屑形成过程如下：在刀具切削刃与工件接触时，产生不断扩展的裂纹，并且接触处因刀具的进给发生脆性破碎，不断形成切屑。故主要的切削形成机理为脆性破裂。
Konig在1998年，研究了石墨高速铣削过程。发现：石墨切屑的形成与陶瓷等脆性材料有很大相似之处，在刀尖处有挤压破碎，形成细小切屑和细小凹坑，切削产生的裂纹会向刀尖前下方延伸扩展，再扩展到自由表面，形成断裂凹坑,并可用断裂力学来解释；切屑与刀具前刀面的接触状态分为切削接触冲击区和切屑沿前刀面的滑移区，它们分别导致不同的刀具磨损形态。
石墨电极材料的切削力只有切削铝、铜等韧性金属的10%左右,因此切削力通常不是研究的重点。而实验测得石墨材料的车削温度均不高，在Vc= 500m/min左右时，最高温度在160-300℃之间,且与切削速度呈线性关系。据此推论，即使Vc=500m/min，切削温度也不会超过500℃，所以切削温度对切削过程的影响也不太大。研究表明，石墨材料加工，主要的矛盾集中在磨损。
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,刀具与破碎切屑区的冲击接触产生冲击磨粒磨损,沿工具表面滑动的切屑产生滑动摩擦磨损。
影响磨损的主要因素：刀具材质等级、切削线速度、进给量、刀具角度等。
硬质合金刀具加工石墨电极材料时的磨损机理如下：在滑动区因微切削和表面疲劳破坏而产生磨损；最终导致刀具粘结相(Co)磨粒磨损和耐磨损相（WC）的磨损、产生裂纹和断裂脱落。聚晶金刚石刀具磨损是由石墨切屑对粘结相的磨损以及金刚石本身破碎后引起的二次磨粒磨损组成。金刚石薄膜刀具表面通常有强烈的石墨粘附，没有月牙洼磨损。它属于宏观冲击磨损，而不是机械磨料磨损。金刚石薄膜刀具的寿命可达普通硬质合金刀具的100倍， 并优于PCD刀具。故最适合的石墨电极高速加工刀具为：金刚石涂层硬质合金刀具。
石墨电极高速加工时，如果切削速度增大，虽然大面积磨损的风险增加了，但月牙洼磨损截面积减小。随着切削速度的增大，在摩擦面生成的石墨润滑膜增厚，表面磨损系数减小，所以刀具寿命得以大大增加，这也是在石墨切削时，通常采用高速加工策略的一个重要原因。
提高铣刀每齿进给量，或者增加每齿的切削宽度，增加了平均切屑厚度， 因此切削冲击上升，刀具磨损上升。
乌兰察布石墨电极在高温下强度较好、低热膨胀系数、较好的可加工性和良好的热、电导率,因此石墨电极广泛应用 于冶金、电炉、电火花加工等领域。在电火花加工 方面,新型石墨电极材料及其加工技术的发展扩展了电火花加工的应用范围,提高了其使用性能。
石墨电极与铜电极相比具有电极消耗小、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加工过程中受到破坏,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较高的要求,这导致在加工过程中石墨工件容易崩碎,刀具容易磨损。因此如何防止工件崩碎、提高表面加工质量、降低加工刀具成本成为石墨电极加工的一个重要问题。
2、石墨材料切削机理及特点
Masuda(1996)用高速摄影观察了烧结碳(2000℃以下烧结)和石墨(2500℃以上烧结)的车削过程，认为两者的切屑形成过程如下：在刀具切削刃与工件接触时，产生不断扩展的裂纹，并且接触处因刀具的进给发生脆性破碎，不断形成切屑。故主要的切削形成机理为脆性破裂。
Konig在1998年，研究了石墨高速铣削过程。发现：石墨切屑的形成与陶瓷等脆性材料有很大相似之处，在刀尖处有挤压破碎，形成细小切屑和细小凹坑，切削产生的裂纹会向刀尖前下方延伸扩展，再扩展到自由表面，形成断裂凹坑,并可用断裂力学来解释；切屑与刀具前刀面的接触状态分为切削接触冲击区和切屑沿前刀面的滑移区，它们分别导致不同的刀具磨损形态。
石墨电极材料的切削力只有切削铝、铜等韧性金属的10%左右,因此切削力通常不是研究的重点。而实验测得石墨材料的车削温度均不高，在Vc= 500m/min左右时，最高温度在160-300℃之间,且与切削速度呈线性关系。据此推论，即使Vc=500m/min，切削温度也不会超过500℃，所以切削温度对切削过程的影响也不太大。研究表明，石墨材料加工，主要的矛盾集中在磨损。
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,刀具与破碎切屑区的冲击接触产生冲击磨粒磨损,沿工具表面滑动的切屑产生滑动摩擦磨损。
影响磨损的主要因素：刀具材质等级、切削线速度、进给量、刀具角度等。
硬质合金刀具加工石墨电极材料时的磨损机理如下：在滑动区因微切削和表面疲劳破坏而产生磨损；最终导致刀具粘结相(Co)磨粒磨损和耐磨损相（WC）的磨损、产生裂纹和断裂脱落。聚晶金刚石刀具磨损是由石墨切屑对粘结相的磨损以及金刚石本身破碎后引起的二次磨粒磨损组成。金刚石薄膜刀具表面通常有强烈的石墨粘附，没有月牙洼磨损。它属于宏观冲击磨损，而不是机械磨料磨损。金刚石薄膜刀具的寿命可达普通硬质合金刀具的100倍， 并优于PCD刀具。故最适合的石墨电极高速加工刀具为：金刚石涂层硬质合金刀具。
石墨电极高速加工时，如果切削速度增大，虽然大面积磨损的风险增加了，但月牙洼磨损截面积减小。随着切削速度的增大，在摩擦面生成的石墨润滑膜增厚，表面磨损系数减小，所以刀具寿命得以大大增加，这也是在石墨切削时，通常采用高速加工策略的一个重要原因。
提高铣刀每齿进给量，或者增加每齿的切削宽度，增加了平均切屑厚度， 因此切削冲击上升，刀具磨损上升。
刀具前角增大，改变了切屑颗粒冲击角度；后角增大，则刀具锋利性增大，后刀面磨损减小；主偏角的变化，改变了切削受力方向和实际切削面积，因此随着主偏角增大，刀具磨损也下降，刀具耐用度得到提高。高速铣削常用球头铣刀和平底铣刀进行加工。当采用球头立铣刀加工曲面，其切削速度从外到里是下降的，因此刀具顶部易于磨损。平底立铣刀可加工台阶轮廓，加工余量波动强烈，加工出的工具轮廓波动使精加工刀具受到强烈损害。相同条件下这两种刀具比较，平底立铣刀的切削距离比球头刀的长。
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