Forschung zum Graphitbearbeitungsprozess 2

Bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Graphit entstehen aufgrund der Härte des Graphitmaterials, der Unterbrechung der Spanbildung und des Einflusses der Hochgeschwindigkeits-Schnitteigenschaften während des Schneidprozesses wechselnde Schnittspannungen und eine gewisse Stoßschwingung. Das Werkzeug neigt zu Verschleiß an Span- und Freifläche, was die Standzeit des Werkzeugs stark beeinträchtigt. Daher müssen Werkzeuge für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Graphit eine hohe Verschleiß- und Stoßfestigkeit aufweisen.

Diamantbeschichtete Werkzeuge zeichnen sich durch hohe Härte, hohe Verschleißfestigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten aus. Sie sind derzeit die beste Wahl für die Graphitbearbeitung.

Bei der Bearbeitung von Graphitwerkzeugen ist ein geeigneter geometrischer Winkel entscheidend, um Werkzeugvibrationen zu reduzieren, die Bearbeitungsqualität zu verbessern und den Werkzeugverschleiß zu minimieren. Untersuchungen deutscher Wissenschaftler zum Graphitschneidmechanismus zeigen, dass der Graphitabtrag beim Graphitschneiden eng mit dem Spanwinkel des Werkzeugs zusammenhängt. Ein negativer Spanwinkel erhöht die Druckspannung, was die Zerkleinerung des Materials begünstigt, die Bearbeitungseffizienz steigert und die Entstehung großer Graphitfragmente verhindert.

Gängige Werkzeugtypen für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Graphit sind Schaftfräser, Kugelkopffräser und Abrundfräser. Schaftfräser werden im Allgemeinen für die Oberflächenbearbeitung mit relativ einfachen Ebenen und Formen eingesetzt. Kugelkopffräser eignen sich ideal für die Bearbeitung gekrümmter Oberflächen. Abrundfräser vereinen die Eigenschaften von Kugelkopffräsern und Schaftfräsern und können sowohl für gekrümmte als auch für ebene Oberflächen verwendet werden.

Schnittparameter

Die Wahl geeigneter Schnittparameter beim Hochgeschwindigkeitsschneiden von Graphit ist entscheidend für die Verbesserung der Werkstückbearbeitungsqualität und -effizienz. Da der Schneidprozess beim Hochgeschwindigkeitsschneiden von Graphit sehr komplex ist, müssen bei der Auswahl der Schnittparameter und Bearbeitungsstrategien die Werkstückstruktur, die Eigenschaften der Werkzeugmaschine, die Werkzeuge usw. berücksichtigt werden. Es gibt viele Faktoren, deren Bestimmung hauptsächlich auf umfangreichen Schneidversuchen basiert.

Bei der Schruppbearbeitung von Graphitwerkstoffen ist es notwendig, Schnittparameter mit hoher Schnittgeschwindigkeit, schnellem Vorschub und hohem Materialabtrag zu wählen, um die Bearbeitungseffizienz effektiv zu steigern. Da Graphit jedoch während der Bearbeitung, insbesondere an Kanten, zum Ausbrechen neigt und dadurch leicht eine unebene Oberfläche entsteht, sollte die Vorschubgeschwindigkeit an diesen Stellen entsprechend reduziert und ein zu hoher Materialabtrag vermieden werden.

Bei dünnwandigen Graphitteilen entstehen Ausbrüche an Kanten und Ecken hauptsächlich durch den Schnittaufprall, das Durchbiegen des Schneidmessers und Schwankungen der Schnittkraft. Durch die Reduzierung der Schnittkraft lassen sich das Durchbiegen des Schneidmessers und die damit verbundene Verformung verringern, die Oberflächenqualität dünnwandiger Graphitteile verbessern und Ausbrüche sowie Brüche an Ecken reduzieren.

Die Spindeldrehzahl von Graphit-Hochgeschwindigkeitsbearbeitungszentren ist im Allgemeinen höher. Sofern die Spindelleistung der Werkzeugmaschine dies zulässt, kann durch die Wahl einer höheren Schnittgeschwindigkeit die Schnittkraft effektiv reduziert und die Bearbeitungseffizienz deutlich gesteigert werden. Bei der Wahl der Spindeldrehzahl muss der Vorschub pro Zahn an die Spindeldrehzahl angepasst werden, um Ausbrüche durch zu hohen Vorschub und zu große Werkzeuglängen zu vermeiden. Die Graphitbearbeitung erfolgt üblicherweise auf speziellen Graphit-Werkzeugmaschinen mit einer Maschinendrehzahl von in der Regel 3000–5000 U/min und einem Vorschub von 0,5–1 m/min. Für die Schruppbearbeitung wird eine relativ niedrige und für die Schlichtbearbeitung eine hohe Drehzahl gewählt. Bei Graphit-Hochgeschwindigkeitsbearbeitungszentren ist die Maschinendrehzahl relativ hoch und liegt üblicherweise zwischen 10000 und 20000 U/min, der Vorschub zwischen 1 und 10 m/min.

Graphit-Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentrum

Beim Graphitschneiden entsteht eine große Menge Staub, der die Umwelt belastet, die Gesundheit der Arbeiter beeinträchtigt und Werkzeugmaschinen schädigt. Daher müssen Werkzeugmaschinen für die Graphitbearbeitung mit effektiven Staubschutz- und Staubabsaugungseinrichtungen ausgestattet sein. Da Graphit leitfähig ist, müssen die elektrischen Komponenten der Werkzeugmaschine entsprechend geschützt werden, um zu verhindern, dass der beim Bearbeitungsprozess entstehende Graphitstaub in die elektrischen Bauteile gelangt und dort Sicherheitsvorfälle wie Kurzschlüsse verursacht.

Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren für Graphit nutzen eine Hochgeschwindigkeits-Elektrospindel, um hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten zu erzielen. Um Vibrationen zu minimieren, ist eine Konstruktion mit niedrigem Schwerpunkt erforderlich. Der Vorschub erfolgt meist über eine hochpräzise Kugelumlaufspindel, und es sind Staubschutzvorrichtungen integriert [7]. Die Spindeldrehzahl solcher Zentren liegt üblicherweise zwischen 10.000 und 60.000 U/min, die Vorschubgeschwindigkeit kann bis zu 60 m/min betragen, und die Wandstärke kann unter 0,2 mm liegen. Die Oberflächenqualität und Bearbeitungsgenauigkeit der Werkstücke sind hoch. Dies ist derzeit die wichtigste Methode zur hocheffizienten und hochpräzisen Graphitbearbeitung.

Mit der breiten Anwendung von Graphitwerkstoffen und der Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Graphitbearbeitungstechnologien hat die Anzahl leistungsstarker Graphitbearbeitungsanlagen im In- und Ausland stetig zugenommen. Abbildung 1 zeigt die von einigen in- und ausländischen Herstellern produzierten Graphit-Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren.

Die OKK GR400 zeichnet sich durch einen niedrigen Schwerpunkt und eine Brückenkonstruktion aus, um die mechanischen Vibrationen der Werkzeugmaschine zu minimieren. Präzisionsspindeln und Rollenführungen der C3-Serie gewährleisten eine hohe Beschleunigung und verkürzen die Bearbeitungszeit. Spritzschutzvorrichtungen und die vollständig geschlossene Blechabdeckung verhindern das Eindringen von Graphitstaub. Die Haicheng VMC-7G1 setzt zur Staubabsaugung nicht auf herkömmliche Absaugmethoden, sondern auf eine Wasservorhangdichtung und eine spezielle Staubabscheidevorrichtung. Bewegliche Teile wie Führungsschienen und Spindelstangen sind mit Schutzhülsen versehen, und eine leistungsstarke Abstreifvorrichtung gewährleistet einen dauerhaft stabilen Betrieb der Werkzeugmaschine.

Aus den Spezifikationsparametern des Graphit-Hochgeschwindigkeitsbearbeitungszentrums in Tabelle 1 geht hervor, dass die Spindeldrehzahl und der Vorschub der Werkzeugmaschine sehr hoch sind, was charakteristisch für die Graphit-Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ist. Im Vergleich zu ausländischen Modellen weisen inländische Graphit-Bearbeitungszentren nur geringe Unterschiede in den Maschinenspezifikationen auf. Aufgrund der Montage, der Technologie und des Designs der Werkzeugmaschinen ist die Bearbeitungsgenauigkeit jedoch relativ gering. Mit der zunehmenden Verwendung von Graphit in der Fertigungsindustrie gewinnen Graphit-Hochgeschwindigkeitsbearbeitungszentren immer mehr an Bedeutung. Es werden leistungsstarke und hocheffiziente Graphit-Bearbeitungszentren entwickelt und gefertigt. Durch den Einsatz optimierter Bearbeitungstechnologien werden die Eigenschaften und die Leistungsfähigkeit von Graphit optimal genutzt. Die Bearbeitungseffizienz und die Qualität der Teile sind von großer Bedeutung für die Verbesserung der Graphit-Schneidtechnologie in China.

um zusammenzufassen

Dieser Artikel behandelt hauptsächlich die Graphitbearbeitung unter den Gesichtspunkten der Graphiteigenschaften, des Zerspanungsprozesses und der Struktur von Graphit-Hochgeschwindigkeitsbearbeitungszentren. Angesichts der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Werkzeugmaschinen- und Werkzeugtechnik bedarf die Graphit-Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eingehender Forschung durch Zerspanungsversuche und praktische Anwendungen, um das technische Niveau der Graphitbearbeitung in Theorie und Praxis zu verbessern.