CVD 金刚石涂层刀具高速铣削加工石墨模具


电火花加工中的石墨电极具有加工速度快、加工精度高、耐高温、放电损耗小等优点,因而石墨电极广泛用于电加工修整大体积模具、微细筋槽、微细孔特殊结构、   复杂曲面的汽车轮胎模、   窄槽的薄壁(壁厚 0.1 mm)模具等(见图 1)。 目前国外石墨电极已广泛应用在模具制造中,其与铜电极的应用比:日 本为 7∶3,美国为 9∶1,欧洲为 7∶3,已可满足汽车、家电、通讯、电子等行业制品中对复杂曲面、加强筋板、风冷的翅片或细网结构的加工要求[1]。 而国内高精度、  高附加值的复杂结构石墨模具与国际先进水平存在较大差距。 随着我国模具行业快速发展, 石墨电极的用量将会不断增加。 石墨切削过程中生成的微细切屑,  极易堆积并粘附在前后刀面及已加工表面上, 与被加工石墨材料同时对切削刃产生急剧的摩擦和局部冲击作用, 导致刀具严重磨损。 传统硬质合金及其涂层刀具难以满足加工要求,具有很高硬度的金刚石刀具具有良好的抗磨擦磨损性能,成为高纯石墨高速加工的理想刀具。

石墨为典型层状结构脆性材料,材料机械强度差,加工时易崩碎,刀具磨损严重,为典型难加工材料。  常规的车、铣、磨加工只能加工简单形状的石墨零件,无法满足各种复杂形状电极要求[2]。    高速铣削具有加工速度高、切削力小、温度低以及加工工件表 面质量好等特点,可以用于加工复杂形状的电极,是 精密复杂石墨电极的主要加工方法之一。石墨高速铣削刀具有硬质合金刀具、聚晶金刚石(PCD)刀具、 金刚石涂层刀具三类[3]。硬质合金刀具高速铣削石墨时刀具磨损严重,需要及时检查刀具磨损状况和  频繁更换刀具,在大尺寸或精密电极加工方面应用有限;硬质合金涂层刀具加工石墨时寿命未见明显提高;而聚晶金刚石(PCD)刀具磨损较小,但刀具形状难以满足复杂电极要求,在高速加工精密复杂石墨电极方面应用有限。因此寻找高性能金刚石涂层刀具已迫在眉睫。
金刚石涂层刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导率、低热膨胀系数及与非铁金属亲和力小等优点, 可以用于加工非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料。 目前金刚石涂层刀具加工石墨还处于试验阶段, 金刚石涂层工艺还不够成熟,刀具昂贵。国内外有关于金刚石涂层刀具高速切削石墨电极工艺参数选用规范以及刀具切削性能 评价指标尚待深入研究, 而且金刚石涂层与刀具基体的附着力过低,造成刀具切削性能不稳定,离散性大。 本文介绍金刚石涂层刀具在加工复杂结构石墨模具中的应用情况, 以期引起相关企业对石墨模具加工技术的重视, 促进国内石墨模具加工企业及相关产品的技术进步。

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石墨具有较高的高温强度、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、 核工业和电火花加工等领域。 但石墨属典型的脆性难加工材料, 其加工制备问题一直是高档石墨模具制品发展的瓶颈。 CVD 金刚石涂层刀具高速铣削加工可解决这一难题。 目前需要进一步解决 CVD 金刚石涂层刀具的膜-基结合力问题和表面粗糙度问题,  以期使这一先进制造工艺得以推广应用。

标签: 石墨机  
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