石墨高速加工的刀具選用

高速切削時，對不同的工件材料選用與其合理匹配的刀具材料和適應的加工
方式等切削條件，才能獲得最佳的切削效果。目前生產中廣泛應用的刀具材料主
要有金剛石、立方氮化硼、陶瓷刀具、涂層刀具和TiC(N)基硬質合金刀具(金
屬陶瓷)和粉末冶金高速鋼(PM HSS)等[22,23,28,32,531。
高速切削時，隨著切削速度的提高，切削力減小，切削溫度上升很快，達到
一定值后上升逐漸趨緩。因此高速切削造成刀具損壞的最主要原因是切削力和切
削溫度作用下的機械摩擦、粘結、化學磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等磨損和
破損。金屬高速切削對刀具材料最主要的要求是高溫時的良好力學性能、熱物理
性能、抗粘結性能、化學穩定性(氧化性、擴散性、溶解度等)和抗熱震性能以
及抗涂層破裂性能等[28,53,541。在石墨高速加工中，由于石墨材料的高磨蝕性、脆
性、石墨切屑形成的斷續性以及高速銑削的斷續切削本質的影響，刀具表面在高
速銑削過程中的交變切削應力和切削沖擊的作用下，容易發生早期破損、快速磨
損甚至破損失效，因此石墨高速加工用的刀具要求具有較高的耐磨粒磨損性和抗 沖擊性。

 肖氏硬度—生選用適合于高速加工的刀具時，需要從提高耐用度、可靠性和安全性的角度，

對刀具基體與涂層材料和刀具與工件材料匹配進行綜合考慮。適用于石墨加工的
刀具材料目前主要有金剛石刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、硬質合金刀具和
高速鋼。各種材料的刀具在切削石墨電極時刀具磨損量隨切削時間幾乎都呈直線
上升148,561。石墨切削加工應選用與石墨材料硬度相適應的刀具，如圖l一6所示。
各種刀具材料加工石墨時的使用壽命排序大致為：

CVD金剛石涂層刀具>PCD聚晶金剛石刀具>陶瓷刀具>涂層硬質合金刀具>硬質合金刀具>高速鋼16l，其中，

CVD金剛石涂層刀具的使用壽命是硬質合金的8～lO倍【57l，陶瓷是硬質合金的3～7
倍【5們，硬質合金是高速鋼的6。7倍1561。
CVD金剛石涂層刀具的允許切削速度比硬質合金刀具高2～3倍，切削刃鋒利
且一致性好，摩擦因數低，可在高轉速和低進給下實現薄壁石墨電極的高速高精
密加工157J。PCD聚晶金剛石刀具具有重刃磨性好和刀具成本低等優點，但由于受
刀具外形和結構的限制而不適合于復雜結構石墨電極的細節加工。立方氮化硼刀
具具有較高的硬度和耐磨性，是加工超硬碳．石墨復合材料的比較理想的刀具，可
提高生產率和加工質量，但存在刀具韌性不足和易崩刃現象f5舯，因此在高速銑削
加工中較少使用，多用于車削加工。陶瓷刀具極容易破損，刃口經常出現崩刃，
因而適用于石墨的車削精加工；采用A1203．TiC系陶瓷車刀精車石墨零件的幾何
精度可達O．002mm，表面粗糙度可穩定在Ra O．32 gm[591。
顯然，CVD金剛石涂層刀具從切削性能上來說是適用于石墨高速銑削的最佳
刀具”?！?，但是由于目前刀具的制造工藝尚不穩定，刀具價格非常昂貴，從而限制
了其在石墨加工領域的應用和推廣。因此，目前適用于石墨高速銑削的刀具仍然
是硬質合金刀具，經濟型涂層超細晶粒硬質合金銑刀由于涂層耐磨性較高、硬質
合金基體韌性好、性價比相對較高而在石墨加工中得到了廣泛的應用。目前常用
于石墨加工的普通刀具涂層有AITiN和TiAIN等，AITiN具有表面硬度高(4500～
4900HV)、摩擦因數小和導熱率低等優點，比TiAIN涂層硬度(2600～2800 HV)
高，因此更適用于石墨加工。