石墨是一種常見的非金屬材料，呈黑色，具有耐高低溫性、良好的導電導熱性、良好的潤滑性和穩(wěn)定的化學特性，導電性好，可用做電火花加工中的電極。與傳統(tǒng)的銅電極相比,石墨具有耐高溫、放電消耗小、熱變形小等諸多優(yōu)點，在精密復雜件以及大尺寸電極加工方面表現(xiàn)出更好的適應性，已逐步取代銅電極成為電火花加工電極的主流。另外，石墨耐磨材料能在高速、高溫、高壓的條件下使用，不需要潤滑油，很多設(shè)備廣泛采用石墨材料制成的活寒杯，密封圈和軸承等。

       目前石墨材料在機械、冶金、化工、國防等領(lǐng)域都得到廣泛的應用，石墨零件種類較多、零件結(jié)構(gòu)較復雜、尺寸精度及表面質(zhì)是要求較高，國內(nèi)針對石墨機械加工的研究尚不夠深入，進行機械加工時，容易出現(xiàn)刀具磨損嚴重，工件產(chǎn)生裂紋或折斷、邊角崩碎等現(xiàn)象。國產(chǎn)石墨加工機床也相對較少。國外石墨加工主要采用石墨加工中心進行高速加工，目前已成為石墨機械加工的主要發(fā)展方向。

       石墨切削加工性能分析

       石墨屬于非均質(zhì)結(jié)構(gòu)的脆性材料，石墨切削加工是通過石墨材料的脆性斷裂生成不連續(xù)的切屑顆?；蚍勰﹣韺崿F(xiàn)的。針對石墨材料的切削機理，國內(nèi)外學者做了大量研究，國外學者認為石墨切屑形成過程大致是在刀具切削刃與工件接觸時，刀尖處有擠壓破碎，形成細小切屑和細小凹坑，并產(chǎn)生了一條裂紋，裂紋會向刀尖前下方延伸擴展，形成斷烈凹坑，工件的一部分因刀具推進發(fā)生破碎，形成切屑。國內(nèi)學者認為石墨顆粒極其微細，刀具切削刃的刀尖圓弧較大，因而切削刃的作用類似于擠壓，刀具——工件接觸區(qū)的石墨材料受刀具前刀面及刀尖部分的擠壓作用，產(chǎn)生脆性斷裂，從而形成崩碎切屑。

       石墨切削加工過程中，由于工件圓角或拐角處切削方向的改變、機床加速度的變化、刀具切入和切出的方向和角度變化、切削振動等原因，對石墨工件造成一定沖擊，導致石墨件邊角脆性崩碎、刀具磨損嚴重等問題。尤其在加工棱角以及薄窄筋類石墨件時，更容易發(fā)生工件的崩角和碎裂，這也成為石墨機械加工的一個難點。

       石墨切削加工工藝

       石墨材料的傳統(tǒng)機械加工方法有車削、鐵削、磨削、鋸削等，但都只能實現(xiàn)形狀簡單，精度不高的石墨件加工。隨著石墨高速加工中心、刀具以及相關(guān)配套技術(shù)的快速發(fā)展和應用，這些傳統(tǒng)加工方法已經(jīng)逐漸被高速加工技術(shù)所取代。實踐表明：由干石墨的硬脆特性，在加工時刀具磨損較為嚴重，因此，建議使用金剛石涂層的刀具（PCD刀具）。

• 切削加工工藝措施

       由于石墨具有特殊性，為實現(xiàn)石墨零件的高質(zhì)量加工，必須采取相應的工藝措施來保證。石墨材料粗加工時，刀具可直接在工件上進刀，采用相對較大的切削參數(shù)；精加工時為避免崩碎的發(fā)生，經(jīng)常采取使用耐磨性好的刀具，且減小刀具的切入量，并保證切削刀具的螺距切入量小于刀具直徑1/2，加工兩端部時進行減速加工等工藝措施。切削加工時還需要合理安排走刀路線，在加工內(nèi)外形輪廊時，應盡可能采用環(huán)繞等高切削，可使得被切削部分受力部位始終比較厚、強度比較高，防止工件斷裂。在加工平面或槽時，盡可能選擇斜線或螺旋進刀；避免在零件工作面上形成島嶼 避免在工作面上切離工件。另外，切削方式也是影響石器切削加工的重要因素，順銑時的切削振動小于逆銑的切削振動，順銑時的刀具切入厚度從最大減小到零，刀具切入工件后不會出現(xiàn)彈刀現(xiàn)象，故一般石墨加工選擇順銑。

       在加工結(jié)構(gòu)復雜的石墨工件時，除了要按以上的考慮優(yōu)化加工工藝外，還要根據(jù)具體的情況采取一些特殊的措施，以達到最佳的切削效果。

• 切削加工刀具

       石墨屬于非金屬材料，所以一般多采用金剛石刀具進行加工，金剛石刀具具有極高的硬度與耐磨性、低摩擦系數(shù)、高彈性模量、高熱導、低熱膨脹系數(shù)，以及與非鐵金屬親和力小等優(yōu)點，金剛石刀具分為天然金剛石、單晶金剛石、PCD金剛石和CVD金剛石四類結(jié)構(gòu)，其中用于加工石墨的主要以PCD刀具為主。

       PCD刀具是人工合成的一種多晶金剛石刀具，可以制成PCD車刀片、PCD銑刀片、PCD鉆頭、PCD鉸刀等。對于石墨相關(guān)部件的加工，常用的有PCD車刀、PCD銑刀、PCD鉆頭以及金剛石涂層刀具。

       石墨銑刀刀具材質(zhì)影響著高速銑削加工技術(shù)的廣泛使用?，F(xiàn)在適用于高速銑削的刀具有：涂層石墨銑刀、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具、聚晶金剛石(PCD)刀具等。刀具材質(zhì)的選擇對加工效率、加工質(zhì)量以及加工成本和石墨電極刀具的壽數(shù)等有著重要的影響。經(jīng)過大量的實驗及應用，金剛石石墨銑刀是目前高速銑削加工石墨電極較為理想的刀具材質(zhì)，金剛石石墨銑刀促進石墨電極高速銑削加工的優(yōu)勢：高的硬度和耐磨性：· 高速銑削加工石墨電極，刀具材質(zhì)的硬度有必要遠高于石墨材料的硬度。刀具材料的硬度愈高，其耐磨性愈好，而金剛石是目前發(fā)現(xiàn)的最硬的超硬材料，如CDW025和CDW302粒度的金剛石刀具的耐磨性是最好的；高的強度和耐性：· 金剛石刀具材質(zhì)有很高的強度和耐性，可接受較大切削力、振動和沖擊，聚晶金剛石（PCD）刀具和CVD金剛石涂層刀具，均是采用硬質(zhì)合金刀具為基體，在切削部位焊接或涂覆金剛石材質(zhì)，結(jié)合金剛石的高硬度和硬質(zhì)合金的高韌性，避免刀具脆性斷裂；

HPD石墨銑刀常用的規(guī)格型號

• 切削參數(shù)

       石墨高速切削時選用合理的切削參數(shù)對于工件加工質(zhì)量、效率的提高有著重要的意義，由于石墨高速加工的切削過程非常復雜，選擇切削用量和加工策略時，需要考慮工件結(jié)構(gòu)、機床特性、刀具等多方面因素，這主要依靠大量的切削實驗。對于石墨材料，在粗加工程中需要選擇高轉(zhuǎn)速、快速進給、大吃刀量的切削參數(shù)，可以有效提高加工效率，但由于石墨在加工過程中易產(chǎn)生崩角現(xiàn)象，尤其在棱邊等位置易形成鋸齒狀，在這些部位應適當降低進給速度，不宜大吃刀量。

       對于薄壁結(jié)構(gòu)石墨件，容易發(fā)生邊角崩碎的原因主要是由切削沖擊、讓刀和彈刀以及切削力波動所造成。降低切削力可以減少讓刀和彈刀，提高薄壁結(jié)構(gòu)石墨件的表面加工質(zhì)量，減小邊角崩碎和折斷。石墨高速加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般較大，在機床主軸功率允許的前提下，選取較高的切削速度可有效地降低切削力，加工效率也可得到顯著提高；在選定主軸轉(zhuǎn)速的情況下，每齒進給量應與主軸轉(zhuǎn)速相適應，以防止進給太快吃刀量大造成崩刃現(xiàn)象。通常石墨切削加工在石墨專用機床上進行，機床轉(zhuǎn)速一般為3000~5000r/min，進給速度一般為0.5~1m/min，粗加工時選擇相對低的轉(zhuǎn)速，精加工時選擇高的轉(zhuǎn)速。對于石墨高速加工中心來說機床轉(zhuǎn)速較高，一般選擇在10000~20000r/min之間，進給速度一般在1~10m/min之間。