高性能石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)加工(gong)研究(jiu)

高性能石(shi)墨(mo)作(zuo)為電(dian)極(ji)材料，具(ju)有強度高、電(dian)極(ji)消(xiao)耗小(xiao)、加工(gong)速度(du)快、熱(re)變形(xing)小(xiao)和加工(gong)溫度高等(deng)優點，在我(wo)國(guo)汽車(che)、家(jia)電(dian)、通(tong)信(xin)和電(dian)子等(deng)行(xing)業(ye)制(zhi)品的(de)模具(ju)電(dian)火(huo)花(hua)加工(gong)制(zhi)造中應(ying)用日(ri)益廣(guang)泛，尤其(qi)在薄(bo)壁或微(wei)細(xi)電(dian)極(ji)制(zhi)造和應(ying)用方(fang)面具(ju)有銅電(dian)極(ji)無法比(bi)擬(ni)的(de)優勢(shi)。硬質(zhi)合(he)金(jin)微銑(xi)刀(dao)高速(su)銑削(xue)技(ji)術是(shi)實(shi)現薄(bo)壁或微(wei)細(xi)石(shi)墨(mo)電(dian)極(ji)高效高精(jing)度加工(gong)的(de)主(zhu)要(yao)手段(duan)，但(dan)是(shi)由(you)於缺(que)乏(fa)石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)機(ji)理、刀(dao)具(ju)磨損(sun)機理以及(ji)高速(su)銑削(xue)工(gong)藝(yi)優化等(deng)方(fang)面的(de)深(shen)入研究(jiu)，實(shi)際生產中尚(shang)存(cun)在很(hen)多問(wen)題(ti)，不(bu)能(neng)充分(fen)發揮高速(su)銑削(xue)的(de)優越性。本文根(gen)據(ju)模具(ju)制(zhi)造業對(dui)石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)技(ji)術的(de)迫(po)切(qie)需(xu)要(yao)，著重從高速(su)銑削(xue)切(qie)屑(xie)形(xing)成機理、刀(dao)具(ju)磨損(sun)機理、表面質量(liang)、切(qie)削(xue)力(li)以(yi)及(ji)典(dian)型薄(bo)壁結構(gou)石(shi)墨(mo)電(dian)極(ji)工藝(yi)參(can)數優(you)化和編(bian)程(cheng)策(ce)略優(you)選等(deng)方(fang)面對石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)加工(gong)進行(xing)了(le)系統(tong)深(shen)入的(de)理論(lun)和(he)實(shi)驗(yan)研究(jiu)，並(bing)通(tong)過典(dian)型薄(bo)壁結構(gou)石(shi)墨(mo)電(dian)極(ji)高速(su)銑削(xue)加工(gong)實例(li)驗(yan)證了(le)研究成果的(de)合(he)理性和實(shi)用性．




在石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)切(qie)屑(xie)形(xing)成機理研究(jiu)方(fang)面，采用(yong)在線(xian)攝影法和(he)材料微(wei)觀分(fen)析(xi)技(ji)術，分(fen)別(bie)通(tong)過石(shi)墨(mo)正(zheng)交(jiao)切(qie)削(xue)和(he)高速(su)銑削(xue)研(yan)究(jiu)，分(fen)析(xi)了(le)石(shi)墨(mo)切(qie)屑(xie)形(xing)成過程(cheng)的(de)基本(ben)特(te)征(zheng)；結(jie)合(he)高速(su)銑削(xue)微(wei)銑(xi)刀(dao)的(de)單齒最大切(qie)削(xue)厚(hou)度(du)與(yu)進(jin)給(gei)量和徑(jing)向切(qie)深(shen)的(de)幾何關(guan)系(xi)，首次建立(li)了(le)高速(su)銑削(xue)加工(gong)條件(jian)與石(shi)墨(mo)切(qie)屑(xie)形(xing)態(tai)、切(qie)屑(xie)粒(li)度(du)分布(bu)、已(yi)加工(gong)表面形(xing)貌(mao)、表面破(po)碎(sui)率和(he)表面粗(cu)糙度的(de)關(guan)系(xi)；分析(xi)了(le)切(qie)屑(xie)形(xing)成過程(cheng)與切(qie)削(xue)力(li)特(te)征(zheng)和(he)刀(dao)具(ju)磨損(sun)的(de)關(guan)系(xi)，提(ti)出(chu)了(le)石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)機(ji)理模型。研究(jiu)結(jie)果表明(ming)：在石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)過程(cheng)中，隨著單齒最大切(qie)削(xue)厚(hou)度(du)的(de)增(zeng)加，石(shi)墨(mo)切(qie)屑(xie)由(you)以準連續(xu)切(qie)屑(xie)為主(zhu)逐漸(jian)向以(yi)擠(ji)壓顆(ke)粒(li)切(qie)屑(xie)為主(zhu)和(he)以(yi)斷裂(lie)塊(kuai)屑(xie)為主(zhu)轉(zhuan)變；每(mei)齒進(jin)給量(liang)和(he)徑(jing)向切(qie)深(shen)通(tong)過影響單齒最大切(qie)削(xue)厚(hou)度(du)來(lai)改變石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)的(de)切(qie)屑(xie)形(xing)成過程(cheng)，降(jiang)低每(mei)齒(chi)進給(gei)量(liang)和(he)徑(jing)向切(qie)深(shen)以(yi)及(ji)采用(yong)逆銑加工(gong)可(ke)減(jian)小(xiao)石(shi)墨(mo)表面破(po)碎(sui)率；增(zeng)大(da)切(qie)削(xue)速(su)度(du)對(dui)石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)的(de)切(qie)屑(xie)形(xing)成過程(cheng)的(de)影響較小(xiao)；采用正(zheng)前角切(qie)削(xue)更容易(yi)形(xing)成大塊(kuai)斷裂(lie)塊(kuai)屑(xie)，後角和(he)螺旋角(jiao)對石(shi)墨(mo)切(qie)屑(xie)形(xing)成過程(cheng)的(de)影響較小(xiao)：切(qie)削(xue)力(li)波(bo)形(xing)隨石(shi)墨(mo)切(qie)屑(xie)形(xing)成方(fang)式(shi)的(de)變化而(er)變化。采用(yong)圖(tu)像處理法計(ji)算(suan)表面破(po)碎(sui)率，不(bu)僅作為石(shi)墨(mo)已(yi)加工(gong)表面質量(liang)的(de)評價(jia)指(zhi)標，而(er)且(qie)作(zuo)為系統(tong)研(yan)究(jiu)石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)機(ji)理、切(qie)削(xue)力(li)和(he)刀(dao)具(ju)磨損(sun)的(de)重要(yao)研(yan)究(jiu)手段(duan)，將其(qi)有機(ji)地(di)應(ying)用於(yu)本(ben)文的(de)相關(guan)研(yan)究中。

在石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)切(qie)削(xue)力(li)研(yan)究(jiu)方(fang)面，結合(he)切(qie)削(xue)條(tiao)件(jian)變化對石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)切(qie)屑(xie)形(xing)成過程(cheng)、表面破(po)碎(sui)率以(yi)及(ji)後刀(dao)面與工(gong)件(jian)表面的(de)摩擦(ca)因(yin)數等(deng)因(yin)素的(de)影響，研(yan)究(jiu)了(le)切(qie)削(xue)參(can)數、刀(dao)具(ju)幾何角度和(he)石(shi)墨(mo)材料性能對(dui)石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)切(qie)削(xue)力(li)的(de)影響，分(fen)析(xi)了(le)切(qie)削(xue)力(li)的(de)時域波形(xing)特(te)征(zheng)和(he)頻(pin)域分量(liang)隨刀(dao)具(ju)磨損(sun)的(de)變化趨勢(shi)，提(ti)出(chu)了(le)減(jian)小(xiao)切(qie)削(xue)力(li)的(de)高速(su)銑削(xue)工(gong)藝(yi)參(can)數的(de)基本(ben)選擇(ze)原(yuan)則(ze)。通(tong)過基於(yu)田(tian)口(kou)方(fang)法的(de)正交(jiao)實(shi)驗(yan)設計(ji)，找(zhao)出(chu)了(le)影響石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)切(qie)削(xue)力(li)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素．獲得(de)了(le)以最小(xiao)切(qie)削(xue)力(li)為優化目標(biao)的(de)工藝(yi)參(can)數最優水平組合(he)。在石(shi)墨(mo)／硬質(zhi)合(he)金(jin)副的(de)摩擦(ca)磨(mo)損特性方(fang)面，通(tong)過采(cai)用標準盤(pan)銷式(shi)摩(mo)擦(ca)實(shi)驗(yan)機進(jin)行(xing)滑(hua)動摩擦(ca)磨(mo)損實驗(yan)，以及(ji)采(cai)用(yong)改進(jin)型盤(pan)銷式(shi)摩(mo)擦(ca)磨(mo)損實驗(yan)裝(zhuang)置(zhi)進行(xing)磨(mo)粒(li)磨(mo)損實驗(yan)，模擬(ni)石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)時切(qie)屑(xie)和(he)工件材料與(yu)硬質(zhi)合(he)金(jin)刀(dao)具(ju)表面之(zhi)間(jian)的(de)摩擦(ca)磨(mo)損特性，首次(ci)研究(jiu)了(le)石(shi)墨(mo)／硬質(zhi)合(he)金(jin)副的(de)滑動摩擦(ca)磨(mo)損行(xing)為和磨粒(li)磨(mo)損行(xing)為，為研究石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)的(de)刀(dao)具(ju)磨損(sun)機理提(ti)供了(le)摩擦(ca)學(xue)理論(lun)基礎(chu)。

(1)在石(shi)墨(mo)，硬質(zhi)合(he)金(jin)副的(de)滑動摩擦(ca)磨(mo)損特性方(fang)面，研究(jiu)了(le)滑動摩擦(ca)磨(mo)損過程(cheng)中法向載荷和(he)滑動速度(du)與(yu)摩擦(ca)副表面特征(zheng)、摩(mo)擦(ca)因(yin)數和(he)摩擦(ca)溫度的(de)關(guan)系(xi)，研究結果表明(ming)：硬質(zhi)合(he)金(jin)銷表面在摩(mo)擦(ca)過程(cheng)中形(xing)成了(le)石(shi)墨(mo)轉(zhuan)移膜(mo)：硬質(zhi)合(he)金(jin)銷的(de)磨損(sun)表面具(ju)有“拋(pao)光(guang)”磨(mo)粒(li)磨(mo)損特征(zheng)：提(ti)高法向載荷和(he)滑動速度(du)，可(ke)促(cu)進轉(zhuan)移膜(mo)的(de)形(xing)成，並(bing)降(jiang)低摩(mo)擦(ca)因(yin)數和(he)摩擦(ca)溫度。

(2)在石(shi)墨(mo)／硬質(zhi)合(he)金(jin)副的(de)磨粒(li)磨(mo)損特性方(fang)面，研究(jiu)了(le)磨粒(li)磨(mo)損過程(cheng)中WC晶(jing)粒(li)度(du)、Co含量、法向載荷、滑(hua)動速度(du)和(he)塗層對(dui)摩(mo)擦(ca)副的(de)表面顯微(wei)形(xing)貌(mao)、比(bi)磨(mo)損率和(he)摩(mo)擦(ca)因(yin)數的(de)影響，研(yan)究(jiu)結果表明(ming)：硬質(zhi)合(he)金(jin)的(de)磨損(sun)表面具(ju)有“拋(pao)光(guang)”磨(mo)粒(li)磨(mo)損和“微切(qie)削(xue)”磨(mo)粒(li)磨(mo)損特征(zheng)；硬質(zhi)合(he)金(jin)的(de)比(bi)磨(mo)損率和(he)摩(mo)擦(ca)因(yin)數隨WC晶(jing)粒(li)度(du)和Co含量的(de)減(jian)小(xiao)而(er)顯著(zhu)降(jiang)低，隨法向載荷增(zeng)大(da)而(er)增(zeng)大(da)，但(dan)受滑(hua)動速度(du)的(de)影響較小(xiao)；AITiN塗層對(dui)石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)用(yong)硬質(zhi)合(he)金(jin)微銑(xi)刀(dao)具(ju)有抗(kang)磨減(jian)摩作用(yong)，但(dan)並(bing)不(bu)十分顯(xian)著(zhu)。(3)通(tong)過在摩(mo)擦(ca)副接觸表面上添(tian)加石(shi)墨(mo)切(qie)屑(xie)，研(yan)究了(le)石(shi)墨(mo)切(qie)屑(xie)對(dui)摩擦(ca)副滑動摩擦(ca)磨(mo)損特性的(de)影響，研(yan)究(jiu)結果表明(ming)：石(shi)墨(mo)切(qie)屑(xie)可(ke)減(jian)小(xiao)摩擦(ca)因(yin)數和(he)摩擦(ca)溫度，並(bing)使(shi)摩(mo)擦(ca)因(yin)數隨著法向載荷減(jian)小(xiao)和滑動速度(du)提(ti)高而(er)降(jiang)低。在硬質(zhi)合(he)金(jin)微銑(xi)刀(dao)高速(su)銑削(xue)石(shi)墨(mo)的(de)刀(dao)具(ju)磨損(sun)和破(po)損(sun)研(yan)究(jiu)方(fang)面，分析(xi)了(le)石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)過程(cheng)中的(de)摩擦(ca)學(xue)條件，揭示了(le)塗層和(he)非(fei)塗層硬質(zhi)合(he)金(jin)微銑(xi)刀(dao)高速(su)銑削(xue)石(shi)墨(mo)的(de)刀(dao)具(ju)磨損(sun)和破(po)損(sun)形(xing)態(tai)及(ji)其(qi)機(ji)理，研究(jiu)結(jie)果表明(ming)塗層早(zao)期(qi)剝(bo)落是(shi)塗層的(de)早(zao)期(qi)破(po)損(sun)形(xing)式(shi)，“拋(pao)光(guang)”磨(mo)粒(li)磨(mo)損是(shi)塗層硬質(zhi)合(he)金(jin)微銑(xi)刀(dao)在穩(wen)定(ding)磨損期(qi)的(de)主(zhu)要(yao)磨(mo)損機理。首次(ci)研(yan)究(jiu)了(le)WC晶(jing)粒(li)度(du)和Co含量對(dui)硬質(zhi)合(he)金(jin)微銑(xi)刀(dao)高速(su)銑削(xue)石(shi)墨(mo)的(de)耐磨(mo)粒(li)磨(mo)損性和抗(kang)沖(chong)擊(ji)性的(de)影響，結(jie)果表明(ming)硬質(zhi)合(he)金(jin)微銑(xi)刀(dao)的(de)耐磨(mo)粒(li)磨(mo)損性隨著wC晶(jing)粒(li)度(du)和co含量減(jian)小(xiao)而(er)顯著(zhu)提(ti)高，但(dan)Co含量(liang)太(tai)少時，又使(shi)得(de)硬質(zhi)合(he)金(jin)微銑(xi)刀(dao)的(de)抗沖(chong)擊(ji)性出(chu)現顯(xian)著(zhu)下降(jiang)；7超細晶(jing)粒(li)硬質(zhi)合(he)金(jin)O．2ttmWC--8％Co是(shi)最適合(he)於石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)的(de)硬質(zhi)合(he)金(jin)基體(ti)材料，為塗層硬質(zhi)合(he)金(jin)微銑(xi)刀(dao)基體(ti)材料優(you)選提(ti)供了(le)依據(ju)。結合(he)切(qie)削(xue)條(tiao)件(jian)變化對石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)切(qie)屑(xie)形(xing)成過程(cheng)、表面破(po)碎(sui)率以(yi)及(ji)後刀(dao)面與工(gong)件(jian)表面的(de)摩擦(ca)因(yin)數等(deng)因(yin)素的(de)影響，研(yan)究(jiu)了(le)切(qie)削(xue)參(can)數、刀(dao)具(ju)幾何角度和(he)石(shi)墨(mo)材料性能對(dui)刀(dao)具(ju)磨損(sun)的(de)影響，提(ti)出(chu)減(jian)小(xiao)刀(dao)具(ju)磨損(sun)的(de)工藝(yi)參(can)數優(you)化策(ce)略；提(ti)出(chu)了(le)減(jian)小(xiao)刀(dao)具(ju)磨損(sun)的(de)高速(su)銑削(xue)工(gong)藝(yi)參(can)數的(de)基本(ben)策(ce)略。通(tong)過基於(yu)田(tian)口(kou)方(fang)法的(de)正交(jiao)實(shi)驗(yan)設計(ji)，找(zhao)出(chu)了(le)影響石(shi)墨(mo)高速(su)銑削(xue)刀(dao)具(ju)磨損(sun)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素，獲得(de)了(le)以實現最小(xiao)刀(dao)具(ju)磨損(sun)為優化目標(biao)的(de)工藝(yi)參(can)數最優水平組合(he)。在典(dian)型薄(bo)壁結構(gou)石(shi)墨(mo)電(dian)極(ji)的(de)高速(su)銑削(xue)工(gong)藝(yi)研究(jiu)方(fang)面，綜合(he)運用全文的(de)研究(jiu)結(jie)果，針對(dui)典(dian)型薄(bo)壁結構(gou)石(shi)墨(mo)電(dian)極(ji)高速(su)銑削(xue)的(de)工藝(yi)特點(dian)，首(shou)次(ci)制(zhi)定和優(you)選了(le)適用於典(dian)型薄(bo)壁結構(gou)石(shi)墨(mo)電(dian)極(ji)高速(su)銑削(xue)的(de)粗(cu)加工(gong)、半精(jing)加工(gong)和精(jing)加工(gong)編程(cheng)策(ce)略、加工(gong)工藝(yi)、工藝(yi)參(can)數和(he)加工(gong)刀(dao)具(ju)，並(bing)對(dui)壹(yi)個(ge)典(dian)型薄(bo)壁結構(gou)石(shi)墨(mo)電(dian)極(ji)的(de)高速(su)銑削(xue)加工(gong)實例(li)，制(zhi)定了(le)高速(su)銑削(xue)加工(gong)工藝(yi)，編制(zhi)了(le)CNC高速(su)加工(gong)程序，成功(gong)地(di)實(shi)現了(le)厚度0．3ram、厚高比(bi)為l：53_3的(de)薄(bo)壁石(shi)墨(mo)電(dian)極(ji)的(de)低成本高質(zhi)量高效率的(de)高速(su)銑削(xue)加工(gong)，表面粗(cu)糙度Ra僅為0，17ttm。