1刀具材料
刀具材料是决定刀具切削性能的根
本因素,对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。刀具材料越硬,其耐磨性越好,硬度越高,冲击韧性越低,材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾,也是刀具材料所应解决的一个关键问题。对于石墨刀具,普通的TiAlN涂层可在选材上适当选择韧性相对好一点的,也就是钴含量稍高一点的;对于金刚石涂层石墨刀具,可在选材上适当选择硬度相对高一点的,也就是钴含量稍低一点的。
2刀具几何角度
石墨专用刀具选择合适的几何角度,有助于减小刀具的振动,反过来,石墨工件也不容易崩缺。
2.1前角
采用负前角加工石墨时,刀具刃口强度较好,耐冲击和摩擦的性能好,随着负前角绝对值的减小,后刀面磨损面积变化不大,但总体呈减小趋势,采用正前角加工时,随着前角的增大,刀具刃口强度被削弱,反而导致后刀面磨损加剧。负前角加工时,切削阻力大,增大了切削振动,采用大正前角加工时,刀具磨损严重,切削振动也较大。
2.2后角
如果后角增大,则刀具刃口强度降低,后刀面磨损面积逐渐增大。刀具后角过大后,切削振动加强。
2.3螺旋角
螺旋角较小时,同一切削刃上同时切入石墨工件的刃长最长,切削阻力最大,刀具承受的切削冲击力最大,因而刀具磨损、铣削力和切削振动都是最大的。当螺旋角较大时,铣削合力的方向偏离工件表面的程度大,石墨材料因崩碎而造成的切削冲击加剧,因而刀具磨损、铣削力和切削振动也都有所增大。因此,刀具角度变化对刀具磨损、铣削力和切削振动的影响是前角、后角及螺旋角综合产生的,所以在选择时一定要多加注意。
3刀具涂层
金刚石涂层刀具具有硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点。
在现阶段,金刚石涂层是石墨加工刀具的最佳选择,也最能体现石墨刀具优越的使用性能。金刚石涂层硬质合金刀具的优点是:综合了天然金刚石的硬度和硬质合金的强度及断裂韧性。但是,目前在国内,金刚石涂层技术还处于起步阶段,还有成本的投入也很大,所以金刚石涂层在近期不会有太大发展。不过,我们可以在普通刀具的基础上,优化刀具的角度、选材和改善普通涂层的结构,在某种程度上,还是可以在石墨加工中应用的。
金刚石涂层刀具与普通涂层刀具的几何角度有本质区别,因此,在设计金刚石涂层刀具时,由于石墨加工的特殊性,其几何角度可适当放大,容屑槽也变大,而不会降低刀具刃口的耐磨性。对于普通的TiAlN涂层,虽然与无涂层刀具相比,其耐磨性有显著提高,但比起金刚石涂层来说,在加工石墨时其几何角度应适当减小,以增加其耐磨性。
对金刚石涂层来说,目前世界上众多涂层公司均投入大量人力物力来研究开发相关技术,但迄今为止,国外技术成熟而经济性又好的涂层公司仅限于欧洲企业。
4刀具刃口强化
刀具刃口的钝化是一个还不被人们普遍重视,而又十分重要的问题。用金刚石砂轮刃磨后的硬质合金刀具切削刃,存在程度不同的微观缺口(即微小崩刃与锯齿)。石墨的高速切削加工对刀具性能和稳定性提出了更高要求,特别是金刚石涂层刀具,在涂层前必须经过刀口钝化处理,才能保证涂层的牢固性和使用寿命。刀具钝化的目的,就是解决刀具刃磨后的刃口微观缺口的问题,减小其锋利度,达到圆滑平整,既坚固又耐用的目的。