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辉县市伟业石墨制品有限公司

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高性能石墨高速铣削加工研究

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2023-07
高性能石墨高速铣削加工研究
 高性能石墨作为电极材料,具有强度高、电极消耗小、加工速度快、热变形小和加工温度高等优点,在我国汽车、家电、通信和电子等行业制品的模具电火花加工制造中应用日益广泛,尤其在薄壁或微细电极制造和应用方面具有铜电极无法比拟的优势。硬质合金微铣刀高速铣削技术是实现薄壁或微细石墨电极高精度加工的主要手段,但是由于缺乏石墨高速铣削机理、刀具磨损机理以及高速铣削工艺优化等方面的深入研究,实际生产中尚存在很多问题,不能充分发挥高速铣削的优越性。本文根据模具制造业对石墨高速铣削技术的迫切需要,着重从高速铣削切屑形成机理、刀具磨损机理、表面质量、切削力以及典型薄壁结构石墨电极工艺参数优化和编程策略优选等方面对石墨高速铣削加工进行了系统深入的理论和实验研究,并通过典型薄壁结构石墨电极高速铣削加工实例验证了研究成果的合理性和实用性.   在石墨高速铣削切屑形成机理研究方面,采用在线摄影法和材料微观分析技术,分别通过石墨正交切削和高速铣削研究,分析了石墨切屑形成过程的基本特征;结合高速铣削微铣刀的单齿极限切削厚度与进给量和径向切深的几何关系,首先建立了高速铣削加工条件与石墨切屑形态、切屑粒度分布、已加工表面形貌、表面破碎率和表面粗糙度的关系;分析了切屑形成过程与切削力特征和刀具磨损的关系,提出了石墨高速铣削机理模型。研究结果表明:在石墨高速铣削过程中,随着单齿极限切削厚度的增加,石墨切屑由以准连续切屑为主逐渐向以挤压颗粒切屑为主和以断裂块屑为主转变;每齿进给量和径向切深通过影响单齿极限切削厚度来改变石墨高速铣削的切屑形成过程,降低每齿进给量和径向切深以及采用逆铣加工可减小石墨表面破碎率;增大切削速度对石墨高速铣削的切屑形成过程的影响较小;采用正前角切削更容易形成大块断裂块屑,后角和螺旋角对石墨切屑形成过程的影响较小:切削力波形随石墨切屑形成方式的变化而变化。采用图像处理法计算表面破碎率,不仅作为石墨已加工表面质量的评价指标,而且作为系统研究石墨高速铣削机理、切削力和刀具磨损的重要研究手段,将其有机地应用于本文的相关研究中。   在石墨高速铣削切削力研究方面,结合切削条件变化对石墨高速铣削切屑形成过程、表面破碎率以及后刀面与工件表面的摩擦因数等因素的影响,研究了切削参数、刀具几何角度和石墨材料性能对石墨高速铣削切削力的影响,分析了切削力的时域波形特征和频域分量随刀具磨损的变化趋势,提出了减小切削力的高速铣削工艺参数的基本选择原则。通过基于田口方法的正交实验设计,找出了影响石墨高速铣削切削力的主要因素.获得了以切削力为优化目标的工艺参数极优水平组合。在石墨/硬质合金副的摩擦磨损特性方面,通过采用标准盘销式摩擦实验机进行滑动摩擦磨损实验,以及采用改进型盘销式摩擦磨损实验装置进行磨粒磨损实验,模拟石墨高速铣削时切屑和工件材料与硬质合金刀具表面之间的摩擦磨损特性,研究了石墨/硬质合金副的滑动摩擦磨损行为和磨粒磨损行为,为研究石墨高速铣削的刀具磨损机理提供了摩擦学理论基础。   (1)在石墨,硬质合金副的滑动摩擦磨损特性方面,研究了滑动摩擦磨损过程中法向载荷和滑动速度与摩擦副表面特征、摩擦因数和摩擦温度的关系,研究结果表明:硬质合金销表面在摩擦过程中形成了石墨转移膜:硬质合金销的磨损表面具有“抛光”磨粒磨损特征:提高法向载荷和滑动速度,可促进转移膜的形成,并降低摩擦因数和摩擦温度。   (2)在石墨/硬质合金副的磨粒磨损特性方面,研究了磨粒磨损过程中WC晶粒度、Co含量、法向载荷、滑动速度和涂层对摩擦副的表面显微形貌、比磨损率和摩擦因数的影响,研究结果表明:硬质合金的磨损表面具有“抛光”磨粒磨损和“微切削”磨粒磨损特征;硬质合金的比磨损率和摩擦因数随WC晶粒度和Co含量的减小而显著降低,随法向载荷增大而增大,但受滑动速度的影响较小;AITiN涂层对石墨高速铣削用硬质合金微铣刀具有抗磨减摩作用,但并不十分显著。(3)通过在摩擦副接触表面上添加石墨切屑,研究了石墨切屑对摩擦副滑动摩擦磨损特性的影响,研究结果表明:石墨切屑可减小摩擦因数和摩擦温度,并使摩擦因数随着法向载荷减小和滑动速度提高而降低。在硬质合金微铣刀高速铣削石墨的刀具磨损和破损研究方面,分析了石墨高速铣削过程中的摩擦学条件,揭示了涂层和非涂层硬质合金微铣刀高速铣削石墨的刀具磨损和破损形态及其机理,研究结果表明涂层早期剥落是涂层的早期破损形式,“抛光”磨粒磨损是涂层硬质合金微铣刀在稳定磨损期的主要磨损机理。研究了WC晶粒度和Co含量对硬质合金微铣刀高速铣削石墨的耐磨粒磨损性和抗冲击性的影响,结果表明硬质合金微铣刀的耐磨粒磨损性随着wC晶粒度和co含量减小而显著提高,但Co含量太少时,又使得硬质合金微铣刀的抗冲击性出现显著下降;7超细晶粒硬质合金O.2ttmWC--8%Co是适合于石墨高速铣削的硬质合金基体材料,为涂层硬质合金微铣刀基体材料优选提供了依据。结合切削条件变化对石墨高速铣削切屑形成过程、表面破碎率以及后刀面与工件表面的摩擦因数等因素的影响,研究了切削参数、刀具几何角度和石墨材料性能对刀具磨损的影响,提出减小刀具磨损的工艺参数优化策略;提出了减小刀具磨损的高速铣削工艺参数的基本策略。通过基于田口方法的正交实验设计,找出了影响石墨高速铣削刀具磨损的主要因素,获得了以实现至小刀具磨损为优化目标的工艺参数极优水平组合。在典型薄壁结构石墨电极的高速铣削工艺研究方面,综合运用全文的研究结果,针对典型薄壁结构石墨电极高速铣削的工艺特点,制定和优选了适用于典型薄壁结构石墨电极高速铣削的粗加工、半精加工和精加工编程策略、加工工艺、工艺参数和加工刀具,并对一个典型薄壁结构石墨电极的高速铣削加工实例,制定了高速铣削加工工艺,编制了CNC高速加工程序,成功地实现了厚度0.3ram、厚高比为l:53_3的薄壁石墨电极的低成本高质量率的高速铣削加工,表面粗糙度Ra仅为0,17ttm。 
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石墨模具主要零件制造

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2023-07
石墨模具主要零件制造
一、石墨模具主要零件的加工流程  冲裁、锻造、退火、机械加工、磨削、退磁、加工、磨削、抛光。  二、石墨模具加工主要零件的工艺  1、磨削:工件的表面磨削和内外磨削必须用高速旋转砂轮完成。  2、线切割:  在粉末冶金石墨模具加工中,数控线切割机主要用于加工负模的型腔和模具内孔,或心轴的外表面和模具的冲压。经过热处理后,可以加工出钢和硬质合金。加工后表面粗糙度为Ra0.02,加工精度一般为0.002。    工作原理:线切割是利用线切割电极、计算技术和电火花加工技术实现各种复杂形状的模具加工。线切割采用极细的丝(直径为0.05-0.3)作为工作电极。导线安装在高速旋转的丝绸容器上,并以大约10米/秒的线性速度来回移动穿过丝绸架。该导线与高频电源的负极连接。切割工件与正电极连接,煤油或乳化液用作工作介质。当电极接触金属时,腐蚀发生。如果电极沿规定方向移动,并且移动速度与工件之间的金属线的腐蚀速率(即,没有短路到0)相适应,则可以实现切割目的。  3、电火花加工:主要用于石墨模具异型腔孔的加工,特别是沿轴线阶梯状异型腔孔的电火花线切割加工不能,只能用电火花线切割加工,还可以加工心轴和上下模冲孔端腔。  加工原理:金属电火花加工的原理是基于工件与电极之间脉冲放电时的电腐蚀现象。加工好的负极模具与电源的正极连接,加工好的电极与电源的负极连接。电气化后,电容器充电。当两极逐渐靠近一定距离时,两极之间的介质(矿物油)被撞击。通过电容器,储存在电容器中的能量在非常短的时间内释放,导致在火花通道中瞬时产生大量的热能,使得工件表面上的金属受到部分熔化和气化的腐蚀,公园不断产生,金属不断被侵蚀。一般来说,作为正极的金属的腐蚀速度比负极快,所以负极模具被不断腐蚀,其腔体会变得与电极的形状相似。    4、硬质合金模具制造:  使用硬质合金作为负模可以大大提高模具的使用寿命,但是由于硬质合金的可加工性差,硬质合金通常直接制造成接近负模的形状,留下一定的加工余量,然后进入并磨削。电气加工。金刚石砂轮通常用于磨削碳化物。在普通磨床上使用金刚石砂轮时,砂轮的转动应平稳。安装砂轮锥度的径向跳动不应超过0.00毫米。当发现砂轮变形时,应立即修整砂轮。砂轮进给量不要太大,通常为0.02-0.03m.M,砂轮转速应为15~25m/s(根据砂轮直径,可据此计算转数)。  三、石墨模具零件的加工工艺  对于负压模、芯棒和上模和下模冲压,可根据图纸通过锻造和退火改善材料结构,并可加工坯料的端面、内径和外径。切削加工时必须留有加工余量。热处理后,内、外端和端部都要磨损。然后去消磁。必要时,进行电加工、数控铣床,然后研磨或抛光。
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石墨材料的高温使用性能

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2023-07
石墨材料的高温使用性能
 石墨材料的特性及应用范围    炭素材料是以碳元素为主的无机非金属材料,其中炭材料基本上是由非石墨质碳组成的材料,而石墨材料则主要是由石墨质碳组成的材料,石墨又分为天然石墨和人造石墨两类。  石墨材料主要是由多晶石墨构成。石墨是以一种碳原子之间呈六角形平面网格的层状晶体。虽然石墨属于无机非金属材料,但因它具有良好的热电传导性而被称为半金属,石墨具有比某些金属还要高的热电传导性,同时具有远比金属低的热膨胀系数,很高的化学稳定性,这就使它在工程应用中具有重要的价值。石墨在非氧化性介质中是化学惰性的,具有很好的耐腐蚀性,除了强酸和强氧化性介质外,石墨不受其它酸碱盐的腐蚀、不与任何有机化合物应。  石墨材料又是一种耐高温材料,在高温下石墨不会熔化,气化温度非常高,只是在常压下3350 18开始升华变成气体。一般材料在高温下强度逐渐降低,而石墨在2 500'C以内,它的强度随温度升高而增加,在2000℃以上,其强度较常温强度增大一倍,石墨材料还具有优异的抗热震性能,所以石墨材料作为高温材料有其独特的优越性。  由于石墨材料具有高温强度高、导电传热、抗热震性、耐腐蚀性、润滑性好等优点,它已成为国民经济发展中不可缺少的结构材料、高温材料、导电材料、抗磨材料和功能材料。当前,石墨材料已广泛应用于冶金、化工、电子、电器、机械以及核能和航空航天工业等部门,可作电极、电解阳极、铸模和高温轴承;原子核反应堆中作为中子减速材料和核燃料的表面涂层;在宇航领域,石墨材料可用于人造卫星天线、航天飞机机壳以及火箭发电机喷管喉衬等部件。  石墨材料在高温下发生的物理化学变化以及高温使用特点:  石墨材料的化学性质稳定,因此是一种耐腐蚀材料。但在一定条件下,碳也会和其他物质发生作用,其主要反应有:在高温下与氧化性气氛或强氧化性酸中发生氧化作用;在高温下熔解于金属并生成碳化物;生成石墨层间化合物。  在常温下,炭与各种气体不发生化学反应在350℃左右,无定形炭即有睨显的氧化反应,石墨在450℃左右也开始发生氧化反应。石墨化程度愈高,石墨的晶体结构愈完整,其反应活化能大,抗氧化性能好,在800~C以内,达到同一氧化速度的温度,石墨材料约比炭材料高50~100℃在同一材料内,粘结剂炭有优先氧化的倾向,所以氧化反应进行到一定程度时,骨料颗粒会发生脱落。在较低的温度下,如空气供给充足,炭和石墨材料则主要进行如下反应:C+O 2—C O 2在较高的温度下,炭和石墨材料又开始发生如下反应:C+1/ZO 2一C O赤热的炭和石墨材料与水蒸气约在700℃左右开始反应:C+H 2O—C O+H 2C+2 H 2O—C 0 2+2 H 2赤热的炭和石墨材料与C O。的氧化反应在更高的温度下才能进行:C+C O 2—2 C 0炭与气体之间反应应属于气固反应,氧化反应速度与当时的反应面积大小、材料的气孔率及气体压力等因素有关,其反应速度既取决于表面的化学反应速度,也与气体分子向材料内扩散有关。若材料的气孔率高,特别是开气孔率多时,气体分子容易扩散到材料内部,参与反应的表面积大,氧化速度就快,当使用温度低时,氧化反应速度不高,气体分子有足够的时间扩散到材料内部,这时氧化反应速度与材料的气孔结构及反应活性有关。当温度高于8 00~C时化学反应速率快,而气体分子向材料气孔内扩散却因热运动而减慢,氧化反应只在表面进行,氧化速率受表面气流速度所支配与材料种类关系较小。石墨材料所含杂质对氧化反应起催化作用,所以高纯石墨与普通石墨的氧化性有睨显。差别。(b)碳化物的生成在高温下碳熔解于F e、A 1、M o、C r、N i、T i等金属和B、si等非金属中生成碳化物。(c)石墨层间化合物的生成石墨的碳原子在其层面内是通过共价键牢固地连接在一起的,而在层间则靠较弱的范德华力结合。因此,在石墨的层间插入各种分子、原子、离子而不破坏其二维晶格,仅使层间距增大,可以制成一种石墨特有的化合物称为石墨层间化合物,制造石墨层间化台物通常采用天然鳞片石墨为原料。在石墨层间化合物中已得工业上广泛应用的是柔性石墨。柔性石墨不仅具有自润滑性和耐高温性,还具有柔韧性、可饶性和压缩回弹性,可作为精炼炉、高温炉的绝热材料,并广泛用作密封材料。为了提高柔性石墨的抗氧化性,在柔性石墨中加入硼酸、热固树脂、无机物胶体等粘合剂。由此可见,炭素材料在非氧化性介质中集耐热性、导电性于一体,但在氧化性占优势的环境中,温度高于627K就开始发生氧化反应,并且随着温度的升高,氧化速度加快,结构因此而受到腐蚀、破坏、影响其高温下的使用。所以,石墨材料的抗氧化保护问题正在受到广泛重视。
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造成机械加工零件进行表面质量差的原因

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2023-07
造成机械加工零件进行表面质量差的原因
  机械的表面质量是指微观部分被加工表面粗糙度,优劣的表面质量将直接影响到工件的物理,化学和机械性能,主要是在磨损,疲劳性和耐腐蚀性的影响的表面粗糙度。在这里,我们特别分析性能如何影响工件的机械加工表面质量,以及表面质量不佳的原因和解决方案。  表面质量对机械加工零件性能的影响  首种方法是减少工件的耐磨性。这是因为工件的摩擦表面不因完全结合到微观粗糙度的存在,彼此仅凸起部分,因此实际的接触面积的实际接触比的摩擦表面的总面积小得多工件。这导致单位应力的接触的一个非常大的部分,增加了工件表面的磨损和变形。较大的表面粗糙度,更显著这种现象。  再有是降低了一个工件的疲劳工作强度。因为在交变载荷的作用下,不平整的表面进行受力情况并不是通过均匀的,在凹谷部位会产生不同应力主要集中管理现象,导致企业出现心理疲劳纹,疲劳纹越深,工件抗疲劳的能力也就越差。因此,表面粗糙度越差,凹谷处的应力水平就越需要集中,产生的疲劳纹越明显,工件的疲劳设计强度也就越低。  有所述工件的降低耐腐蚀性。如果工件表面的凹凸增大很多很多次,看起来像一条崎岖不平地面,然后雨后,很容易在低洼雨水积聚。类似地,在工件表面的波谷也容易积聚腐蚀性物质。因此,表面粗糙度是糟糕的是,容易在工件腐蚀。同时,残余表面应力腐蚀裂纹容易产生。  造成机械加工零件进行表面质量差的原因  刀具在切削过程中,会在工件表面留下切削痕迹,会产生微小的不均匀性。 因此,不同的加工方法和刀具几何形状会影响表面质量。 此外,工件材料也是影响表面质量的因素之一。 因为刀具的切削会挤压工件,当切屑与工件分离时,就会撕裂。 挤压和撕裂会造成塑性变形,导致工件表面不均匀。 工件形状越强,越容易产生粗糙度。  在磨削过程中,砂轮的粒度、硬度、修整、磨削速度、磨削径向、进给量和磨削次数、周向进给量和工件轴向进给量、冷却润滑剂等因素对磨削效果的影响。  提高机加工零件表面质量的可行措施  首先是要制订科学技术合理的工艺规程,这是为了保证加工件表面工作质量的基础。一般企业来说,所谓科学有效合理的工艺规程要求工艺流程尽量短,定位要准确,定位基准的选取要与教学设计基准相吻合。符合了这些行为特征,才能为加工件表面工程质量得到满足发展要求学生创造前提。  然后是切割参数,这是为了保证工件表面的质量的关键步骤的一个合理的选择。切割参数包括该切削刀具的切割和进料速率的角度,切割速度和深度。切削参数可以抑制塑性变形的合理选择,保证了工件的加工表面的质量。测试后,选择可以减少一个更大的前角的切割力,以减小塑性变形,塑性材料的加工过程中,有效地提高该工件的表面质量。  合理地进行选择切削液也是为了保证加工件表面工作质量的一个非常必要条件。在加工生产过程中,切削液起到了润滑、降温和排屑等作用。合理设计选择切削液可以通过降低刀具与加工件之间的摩擦系数,从而不断减小切削力及切削热量,这样我们不止可以有效提高学生表面工程质量,还能够达到减轻刀具磨损,延长其使用寿命。  此外,在所有工艺中,工艺对工件表面质量的影响是决定性的,工艺在加工表面留下的残余应力将直接影响机器零件的性能。 因此,合理选择工艺对提高工件表面质量具有重要作用,在选择时应考虑加工表面的具体工作条件和可能的失效形式。  以上是关于机加工零件表面质量的一些常识。只有了解和掌握影响机械加工零件表面质量的因素,才能在生产实践中采取相应的工艺措施,减少由零件加工质量问题引起的表面质量缺陷,从而提高机械产品的性能、寿命和可靠性。
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