石墨電極高速加工刀具磨損

發(fā)布日期:2014-05-08    蘭生客服中心    瀏覽:3402

  刀具磨損是石墨電極加工中最重要的問(wèn)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(duì)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(rùn)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(rùn)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(méi)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(duì)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堑淖兓,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(duì)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(zhǎng)。

  八、石墨電極材料

  石墨電極材料對(duì)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(duì)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(duì)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p的影響

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