高性能石墨材料對石（shí）墨刀具的影（yǐng）響

高性能石（shí）墨作為電極材料，具（jù）有強度高、電極消耗小、加工速度快、熱變形
小和加工溫度高等優（yōu）點，在（zài）我國汽車、家電、通信和電子（zǐ）等行業製品的模具電火
花加工（gōng）製造中（zhōng）應（yīng）用日益廣泛（fàn），尤其在薄壁或微細電極製（zhì）造和應用方麵具有銅電極
無（wú）法比擬的優勢。硬質合金微銑刀高速銑（xǐ）削技術（shù）是實現薄（báo）壁或微細（xì）石墨電極高效
高精度加工的主要（yào）手段，但是由於缺乏石墨（mò）高速銑削機（jī）理、刀具磨損機理以及（jí）高
速銑削工藝優化等（děng）方麵的深入研究，實際生產中尚存（cún）在很多問題，不能充分發揮
高速銑削的優越性。本文根據模具製造業對石墨高速銑削技術的迫切需要，著（zhe）重
從高速銑削切屑形成機理、刀具磨損機理、表麵質量、切削力以及典型薄壁結構
石墨電極工（gōng）藝（yì）參（cān）數優化和編程策略優選等方麵對石墨高速銑削加工進行了係統深
入的（de）理論和實（shí）驗研究，並通過典型薄壁結構（gòu）石墨電極高速銑削加工（gōng）實（shí）例驗證了研（yán）
究成果的合理性和實用性．
在（zài）石墨（mò）高速銑削切屑形成（chéng）機理研究方麵，采（cǎi）用在線攝影法（fǎ）和材（cái）料微觀分析技
術，分別（bié）通過石（shí）墨正交切削和高速銑削研究，分析了石墨切屑形成過程的基本特
征；結合高速銑削微銑刀（dāo）的單齒最大切削厚度與進給量和徑向切深的幾何關係，
首次建立了高速銑削（xuē）加工（gōng）條件與石墨切屑形態、切屑粒（lì）度分布、已加工表麵形貌（mào）、
表麵破碎率和表麵粗（cū）糙度的關係；分析了切屑形成過程與切削力特征和刀具（jù）磨損
的關係，提（tí）出了石墨高速銑削（xuē）機（jī）理模型。研究結果表明：在石墨（mò）高速銑削過（guò）程中（zhōng），
隨著（zhe）單齒最大切削厚度的增加，石墨切屑由以（yǐ）準連（lián）續切屑為主逐漸向（xiàng）以擠壓顆粒
切屑為主和以斷裂塊屑（xiè）為主轉變；每齒進給量（liàng）和（hé）徑向切深通過影響單齒最（zuì）大切（qiē）削
厚（hòu）度來改變（biàn）石墨高速銑削的切屑形成過（guò）程，降低每齒進給量（liàng）和徑向切深以及采用
逆銑加工（gōng）可減小石墨表麵破碎率；增大切削速度對石墨（mò）高速銑削的切屑形成過程（chéng）
的影響較小；采用正前角切削更容易形成大塊（kuài）斷裂塊屑，後角和螺旋角對石（shí）墨切
屑（xiè）形（xíng）成過（guò）程的影響較（jiào）小：切削力波形隨石墨切（qiē）屑形成方（fāng）式的變化而變化。采用圖
像處理法計算表麵破碎率（lǜ），不僅作為石墨已加工表麵質量（liàng）的（de）評價指（zhǐ）標，而且作（zuò）為
係統研究石墨高速銑削機理、切削力和刀具（jù）磨損的重要研究手段，將其有機地應
用於本文的相關研究（jiū）中。
在石墨高速（sù）銑削切削力研（yán）究方麵，結合切削條件變化對（duì）石（shí）墨高速銑削切屑形成過程、

表麵破碎率以及後刀麵與（yǔ）工件表麵的（de）摩擦（cā）因數等（děng）因素的影響，研究了切

削參數（shù）、刀具幾何角度和（hé）石墨材料性能對石墨高速銑削切削力的影響，分析了切（qiē）
削力的時域波形特征和頻域分量隨刀具磨（mó）損（sǔn）的變化趨勢，提出了減小切削力的高 

速銑削工（gōng）藝參數的基本選擇原則。通過基於田口方法（fǎ）的正交（jiāo）實驗設計，找出了影
響石墨高速銑削切削力的（de）主要因素（sù）．獲得了（le）以最小切削力為優化目標的工藝參（cān）數
最優水平組合（hé）。
在石墨／硬質合金副的摩擦磨損特性方麵，通（tōng）過采用標準盤銷式摩擦實驗機進
行滑動摩擦磨損實（shí）驗，以及采用改（gǎi）進型盤銷式摩擦磨損實驗裝置進行磨粒磨損實
驗，模擬石墨高速銑削時切屑（xiè）和工件材料與硬質合金刀具表麵之間的（de）摩擦磨損特
性，首次研究了石墨（mò）／硬質合金副的滑動摩擦磨損行（háng）為（wéi）和磨粒磨損行為，為研究石
墨高速銑削的刀具磨損機理提供了（le）摩擦（cā）學理論基礎。(1)在石墨，硬質合金副的滑
動摩擦磨損特性方（fāng）麵（miàn），研究了滑動摩擦磨損過程中法向載荷和（hé）滑動速（sù）度與（yǔ）摩擦副
表（biǎo）麵特征、摩（mó）擦因（yīn）數和摩擦溫度的關（guān）係（xì），研究結果表明：硬質合金銷表麵在摩（mó）擦（cā）
過程中形成了石（shí）墨轉（zhuǎn）移膜：硬質合（hé）金（jīn）銷的磨損表麵具有“拋光”磨粒磨損特征：
提（tí）高法向（xiàng）載荷（hé）和滑動（dòng）速度，可促進轉移膜的形（xíng）成，並降低摩擦因數（shù）和摩擦溫度。
(2)在石墨／硬質合金副的磨粒磨損特性方麵，研究了磨粒磨損過程中WC晶粒
度、Co含量、法向載荷（hé）、滑動速度和塗層對摩擦副的表麵顯微形貌、比磨損（sǔn）率和
摩擦因數的影響，研究結（jié）果表明：硬質合金的磨損表（biǎo）麵具有“拋光”磨粒磨損和
“微切削”磨粒磨損特征；硬質合金的比磨損率和摩（mó）擦因數隨WC晶粒度和Co
含（hán）量（liàng）的減小而顯著降低，隨法向載（zǎi）荷增大而增大，但受滑動（dòng）速度（dù）的影響較小；
AITiN塗層對石墨高（gāo）速（sù）銑削用硬（yìng）質合金微（wēi）銑刀（dāo）具有抗磨減摩作用，但並不十分顯
著（zhe）。(3)通（tōng）過在摩擦副接（jiē）觸表麵上添（tiān）加石墨切屑，研究了石墨切屑對摩擦副滑動
摩擦磨損特性（xìng）的影響，研究結果表明：石墨切屑可減小摩擦因數和摩擦溫度，並
使摩擦因數隨著法向載（zǎi）荷減小和滑動速度提高而降低（dī）。
在硬質（zhì）合金微銑刀（dāo）高速銑削石墨（mò）的刀具磨（mó）損和破損研究方麵，分析了石墨高
速銑削過程中的摩（mó）擦學條件，揭示（shì）了塗層和非塗層硬質（zhì）合金微銑刀高速銑削石墨
的刀具（jù）磨損和破損形態及其機理，研究（jiū）結果表明（míng）塗層早期剝落是塗層的（de）早期破損
形式，“拋光”磨（mó）粒磨損是塗層硬質合金微銑刀在穩定磨損期的主要（yào）磨損機理。首
次研究（jiū）了WC晶粒度（dù）和Co含量對硬質合金微銑刀高速銑削石墨的（de）耐磨粒磨損性
和抗衝擊性的影響，結（jié）果表明硬質（zhì）合金微銑（xǐ）刀（dāo）的耐磨粒磨損性隨著wC晶粒度（dù）和

co含量減小（xiǎo）而顯著提高（gāo），但Co含量（liàng）太（tài）少時，又使得（dé）硬質合金微銑刀的抗衝擊性

出現顯著下降；7超細晶粒硬質合金O．2ttmWC--8％Co是最適合於石墨高速銑削的 

硬質合金基體材料，為塗層（céng）硬質合金微銑刀基體材料優選提供了依據。結合切削
條件變化對石墨高速銑削切屑（xiè）形成過程、表麵破（pò）碎率以及後刀麵與工件表麵的摩
擦因數等因素的影響，研究了切削參數、刀具（jù）幾何角度和石墨材料性（xìng）能對刀具磨
損的影響，提出減小刀具磨損的工藝（yì）參數優化策略；提出了減小刀具磨損的高速
銑削工藝參數的基本策略。通過基於田口方法的正交實驗設計，找出了（le）影響（xiǎng）石墨
高（gāo）速（sù）銑削刀具磨損（sǔn）的主要因素，獲得了（le）以實現最小刀具磨損為優化目標的工藝參
數最（zuì）優水平組合。 在典型薄壁結構石墨（mò）電極的高速銑削工藝研究方麵（miàn），綜合運（yùn）用全文的研究結
果，針對典型薄壁結構石墨（mò）電極高速銑削的工藝特點，首次製定和優選了適（shì）用於
典型（xíng）薄壁結構石墨電極高速銑削的粗加工、半精加工和精加工編程策略、加工工 藝、工藝參（cān）數

和加工刀具（jù），並對一個典型薄壁結構（gòu）石墨電極的（de）高速銑削加工實例，
製定了高速銑削加工工藝，編製了CNC高速加工程序，成功地實現了厚度0．3ram、
厚（hòu）高比為l：53_3的薄（báo）壁石墨電極的低成本高質量高效率的高速銑削加（jiā）工，表麵粗
糙度Ra僅為0，17ttm。
關鍵詞：高性能石墨，高速銑削，硬質合金微銑刀，切屑形（xíng）成機理，表麵破碎率，
切（qiē）削力，磨粒磨損、刀具磨損和破損，工藝參數優化，薄壁