Graphit ist ein weit verbreiteter nichtmetallischer Werkstoff, schwarz, mit hoher und niedriger Temperaturbeständigkeit, guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, guter Schmierfähigkeit und stabilen chemischen Eigenschaften. Aufgrund seiner guten elektrischen Leitfähigkeit eignet er sich als Elektrode in der Funkenerosion. Im Vergleich zu herkömmlichen Kupferelektroden bietet Graphit zahlreiche Vorteile wie hohe Temperaturbeständigkeit, geringen Entladungsverbrauch und geringe thermische Verformung. Graphit eignet sich besser für die Bearbeitung von Präzisions- und komplexen Teilen sowie von großformatigen Elektroden. Es hat Kupferelektroden als Funkenerzeuger allmählich ersetzt und ist heute ein gängiger Werkstoff für die Bearbeitung von Elektroden [1]. Darüber hinaus können verschleißfeste Graphitwerkstoffe unter Hochgeschwindigkeits-, Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen ohne Schmieröl eingesetzt werden. In vielen Geräten werden Graphitwerkstoffe für Kolbenbecher, Dichtungen und Lager verwendet.
Graphitwerkstoffe werden derzeit häufig in den Bereichen Maschinenbau, Metallurgie, Chemieindustrie, Landesverteidigung und anderen Bereichen eingesetzt. Graphitteile sind vielfältig, ihre Struktur ist kompliziert und die Anforderungen an Maßgenauigkeit und Oberflächengüte sind hoch. Die inländische Forschung zur Graphitbearbeitung ist unzureichend. Auch die Anzahl inländischer Werkzeugmaschinen zur Graphitbearbeitung ist relativ gering. Im Ausland werden hauptsächlich Graphitbearbeitungszentren für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eingesetzt, was mittlerweile zur wichtigsten Entwicklungsrichtung der Graphitbearbeitung geworden ist.
In diesem Artikel werden die Graphitbearbeitungstechnologie und die Bearbeitungsmaschinen hauptsächlich unter den folgenden Aspekten analysiert.
①Analyse der Graphitbearbeitungsleistung;
2 Häufig verwendete Maßnahmen der Graphitverarbeitungstechnologie;
③ Häufig verwendete Werkzeuge und Schnittparameter bei der Graphitverarbeitung;
Analyse der Graphitschneidleistung
Graphit ist ein spröder Werkstoff mit heterogener Struktur. Beim Graphitschneiden entstehen durch den Sprödbruch des Graphitmaterials diskontinuierliche Spanpartikel oder Pulver. Der Schneidmechanismus von Graphitmaterialien wurde von Wissenschaftlern im In- und Ausland eingehend erforscht. Ausländische Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Spanbildung im Wesentlichen dann erfolgt, wenn die Schneide des Werkzeugs das Werkstück berührt und die Werkzeugspitze zerdrückt wird, wodurch kleine Späne und kleine Löcher entstehen. Es entstehen Risse, die sich bis zur Vorder- und Unterseite der Werkzeugspitze erstrecken und Bruchlöcher bilden. Durch den Werkzeugvorschub bricht ein Teil des Werkstücks und es bilden sich Späne. Inländische Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Graphitpartikel extrem fein sind und die Schneide des Werkzeugs einen großen Spitzenbogen aufweist, sodass die Funktion der Schneide dem Extrudieren ähnelt. Das Graphitmaterial im Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Werkstück wird durch die Spanfläche und die Werkzeugspitze zusammengedrückt. Unter Druck entsteht ein Sprödbruch, wodurch sich abplatzende Späne bilden [3].
Beim Graphitschneiden kommt es aufgrund von Änderungen der Schnittrichtung der abgerundeten Ecken oder Kanten des Werkstücks, Änderungen der Beschleunigung der Werkzeugmaschine, Änderungen der Richtung und des Winkels beim Ein- und Ausschneiden des Werkzeugs sowie Schnittvibrationen usw. zu einer gewissen Belastung des Graphitwerkstücks, was zu Kantenbrüchen und Absplitterungen an den Kanten des Graphitteils, starkem Werkzeugverschleiß und anderen Problemen führt. Insbesondere bei der Bearbeitung von Ecken sowie dünnen und schmal gerippten Graphitteilen kommt es häufiger zu Ecken und Absplitterungen am Werkstück, was ebenfalls zu einer Schwierigkeit bei der Graphitbearbeitung geworden ist.
Graphitschneidverfahren 
Zu den traditionellen Bearbeitungsverfahren für Graphitwerkstoffe zählen Drehen, Fräsen, Schleifen und Sägen. Damit lassen sich jedoch nur Graphitteile mit einfacher Form und geringer Präzision bearbeiten. Mit der rasanten Entwicklung und Anwendung von Hochgeschwindigkeitsbearbeitungszentren, Schneidwerkzeugen und zugehörigen Technologien wurden diese traditionellen Bearbeitungsverfahren schrittweise durch Hochgeschwindigkeitsbearbeitungstechnologien ersetzt. Die Praxis zeigt: Aufgrund der harten und spröden Eigenschaften von Graphit tritt bei der Bearbeitung ein stärkerer Werkzeugverschleiß auf. Daher empfiehlt sich die Verwendung von hartmetall- oder diamantbeschichteten Werkzeugen.
Schneidprozessmaßnahmen
Aufgrund der Besonderheiten von Graphit müssen entsprechende Prozessmaßnahmen ergriffen werden, um eine qualitativ hochwertige Bearbeitung von Graphitteilen zu gewährleisten. Beim Schruppen von Graphitmaterial kann das Werkzeug mit relativ großen Schnittparametern direkt auf das Werkstück vorgeschoben werden. Um Absplitterungen beim Schlichten zu vermeiden, werden häufig verschleißfeste Werkzeuge verwendet, um die Schnittmenge des Werkzeugs zu reduzieren. Die Steigung des Schneidwerkzeugs sollte weniger als die Hälfte des Werkzeugdurchmessers betragen. Bei der Bearbeitung beider Enden werden Prozessmaßnahmen wie eine Verzögerungsbearbeitung durchgeführt [4].
Es ist auch notwendig, den Schneidweg während des Schneidens sinnvoll zu gestalten. Bei der Bearbeitung der Innenkontur sollte die umgebende Kontur so weit wie möglich genutzt werden, um den Kraftanteil des geschnittenen Teils stets dicker und stärker zu schneiden und ein Brechen des Werkstücks zu verhindern [5]. Wählen Sie bei der Bearbeitung von Ebenen oder Nuten möglichst einen diagonalen oder spiralförmigen Vorschub. Vermeiden Sie Inseln auf der Arbeitsfläche des Teils und vermeiden Sie das Abschneiden des Werkstücks auf der Arbeitsfläche.
Darüber hinaus ist auch die Schneidmethode ein wichtiger Faktor für das Graphitschneiden. Die Schneidvibration beim Gleichlauffräsen ist geringer als beim Aufwärtsfräsen. Die Schnittdicke des Werkzeugs wird beim Gleichlauffräsen von maximal auf null reduziert, und es kommt zu keinem Rückprallphänomen, nachdem das Werkzeug in das Werkstück einschneidet. Daher wird für die Graphitbearbeitung üblicherweise das Gleichlauffräsen gewählt.
Bei der Bearbeitung von Graphitwerkstücken mit komplexen Strukturen müssen neben der Optimierung der Bearbeitungstechnologie auf Basis der oben genannten Überlegungen auch einige spezielle Maßnahmen entsprechend den spezifischen Bedingungen ergriffen werden, um optimale Schneidergebnisse zu erzielen.
Veröffentlichungszeit: 20. Februar 2021