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摘要：本文介绍了石墨材料的机械加工特性，阐述了石墨电极的机械加工参数，列举了多个石墨电极加工的因素，对扩大石墨材料的应用范围和提高其应用水平具有一定参考价值，随着高新技术的发展，石墨材料的制造工艺不断完善，能满足不同机械加工需求的石墨材料层出不穷，市场上石墨高速铣削机床应运而生，数控机械加工机床的石墨放电性能也全面提升，目前已成为纳米石墨机械加工的主要发展方向。
关键词：纳米石墨，机械加工，工艺技术
0背景
石墨具有优异的导电和导热性能，具有良好的化学和高温稳定性，润滑和涂敷性能优良，是重要的非金属矿物资源。石墨作为碳的一种固体单质，广泛存在于大自然中，其物理性质与同素异形体金刚石明显不同，石墨很软，呈灰黑色，密度比金刚石小，熔点比金刚石低50℃。由于层间结合力较小，空隙较大，因此石墨各层间很容易发生相对滑动。由于离域的存在，成键电子在晶格中会发生自由运动，容易被激发，因此石墨具有金属光泽，并具有较好的导电性能、导热性能和自润滑性能。因此在新兴的新能源汽车、风力发电、环境治理等行业具有广阔的发展前景和巨大的应用潜力。
1石墨材料高速切削加工研究现状
石墨为典型的非均质硬脆难加工材料，其机械强度差，加工时易崩碎，刀具磨损严重。常规的车削、铣削、磨削工艺只能加工简单的石墨零件，无法满足各种复杂形状电极的加工要求。高速切削加工具有切削速度快、加工精度高、切削温度低、刀具受力小、工件表面质量高、可加工复杂零件等特点，是石墨电极较理想的加工方法。
2纳米石墨切削加工性能分析
石墨属于非均质结构的脆性材料，石墨切削加工是通过石墨材料的脆性断裂生成不连续的切屑颗粒或粉末来实现的。针对石墨材料的切削机理，研究人员做了大量研究认为石墨切屑形成过程大致是在刀具切削刃与工件接触时，刀尖处有挤压破碎，形成细小切屑和细小凹坑，并产生了一条裂纹，裂纹会向刀尖前下方延伸扩展，形成断裂凹坑，工件的一部分因刀具推进发生破碎，形成切屑。石墨颗粒极其微细，刀具切削刃的刀尖圆弧较大，因而切削刃的作用类似于挤压，刀具工件接触区的石墨材料受刀具前刀面及刀尖部分的挤压作用，产生脆性断裂，从而形成崩碎切屑。尤其在加工棱角以及薄窄筋类石墨件时，更容易发生工件的崩角和碎裂，这也成为石墨机械加工的一个难点。
3纳米石墨切削加工工艺
石墨材料的传统机械加工方法有车削、铣削、磨削、锯削等，但都只能实现形状简单、精度不高的石墨件加工。随着石墨高速加工中心、刀具以及相关配套技术的快速发展和应用，这些传统加工方法已经逐渐被高速加工技术所取代。由于石墨的硬脆特性，在加工时刀具磨损较为严重，因此，建议使用硬质合金或金刚石涂层的刀具。
3.1纳米石墨切削加工工艺措施
由于石墨具有特殊性，为实现石墨零件的高质量加工，必须采取相应的工艺措施来保证。石墨材料粗加工时，刀具可直接在工件上进刀，采用相对较大的切削参数，精加工时为避免崩碎的发生，经常采取使用耐磨性好的刀具，减小刀具的切入量，并保证切削刀具的螺距切入量小于刀具直径1/2，加工两端部时进行减速加工等工艺措施。切削加工时还需要合理安排走刀路线，在加工内外形轮廓时，应尽可能采用环绕等高切削，可使得被切削部分受力部位始终比较厚、强度比较高，防止工件断裂。在加工平面或槽时，尽可能选择斜线或螺旋进刀;避免在零件工作面上形成岛屿，避免在工作面上切离工件。另外，切削方式也是影响石墨切削加工的重要因素，顺铣时的切削振动小于逆铣的切削振动，顺铣时的刀具切入厚度从最大减小到零，刀具切入工件后不会出现弹刀现象，故一般石墨加工选择顺铣。在加工结构复杂的石墨工件时，除了要按以上的考虑优化加工工艺外，还要根据具体的情况采取一些特殊的措施，以达到最佳的切削效果。
3.2纳米石墨切削加工刀具
石墨高速加工中，由于石墨材料的硬度、切屑形成的断续性以及高速切削特性的影响，切削过程中形成交变切削应力并产生一定的冲击振动，刀具容易发生前刀面和后刀面的磨损，严重影响刀具的使用寿命，因此石墨高速加工用的刀具要求具有较高的耐磨损性和抗冲击性。金刚石涂层刀具具有高硬度、高耐磨性、摩擦系数低等优点，目前金刚石涂层刀具是石墨加工的最佳选择。
石墨加工刀具还需要选择合适的几何角度，这样有助于减小刀具的振动、提高加工质量，而且可以降低刀具磨损。通过石墨切削机理研究显示，石墨切削过程中石墨去除和刀具前角有密切关系。负前角切削增加了压应力，有利于促进材料的破碎，提高了加工效率，同时避免产生大尺寸的石墨碎片。石墨高速切削的常用刀具结构类型有立铣刀、球头刀和圆角铣刀。立铣刀一般主要用于平面和形状比较简单的曲面加工，球头铣刀是加工曲面的理想刀具，而圆角铣刀兼有球头刀和立铣刀的特点，对曲面和平面都可进行加工。
3.3石墨机械加工机床要求
在机械加工中如何正确选用石墨材料，并达到最佳的使用效果，不仅需考虑石墨电极材料牌号，还要考虑加工参数及其机床性能等因素。影响石墨电极机械加工性能的因素主要有机械系统性能、脉冲电源、控制系统、加工面积、放电参数、工件材料、工作液、电极形状、冲液方式等。机械加工机床由床身和立柱、工作台、主轴头、工作液和工作液循环过滤系统、脉冲电源、伺服进给机构、主轴头和工作台附件等部分组成。脉冲电能引起新的电能质量问题。机械加工设备发展路径由弛张式脉冲电源和机械液压伺服到晶体管模拟脉冲电源和电液伺服，再到数字脉冲电源和数控伺服电机。控制方面从机械开关式单轴控制发展成单轴数控和多轴数控。机床电源由脉冲电源发展到智能化模糊控制机械加工技术。机床结构和精度决定了机床的加工性能和特点。
3.4納米石墨切削参数
石墨高速切削时选用合理的切削参数对于工件加工质量、效率的提高有着重要的意义，由于石墨高速加工的切削过程非常复杂，选择切削用量和加工策略时，需要考虑工件结构、机床特性、刀具等多方面因素，这主要依靠大量的切削加工实验。对于石墨材料，在粗加工过程中需要选择高转速、快速进给、大吃刀量的切削参数，可以有效提高加工效率;但由于石墨在加工过程中易产生崩角现象，尤其在棱边等位置易形成锯齿状，在这些部位应适当降低进给速度，不宜大吃刀量。对于薄壁结构石墨件，容易发生边角崩碎的原因主要是由切削冲击、让刀和弹刀以及切削力波动所造成。降低切削力可以减少让刀和弹刀，提高薄壁结构石墨件的表面加工质量，减小边角崩碎和折断。石墨高速加工中心的主轴转速一般较大，在机床主轴功率允许的前提下，选取较高的切削速度，可有效地降低切削力，加工效率也可得到显著提高，在选定主轴转速的情况下，每齿进给量应与主轴转速相适应，以防止进给太快吃刀量大造成崩刃现象。
4结论
在模具工业越来越发达的今天，机械加工特别是用石墨作进行各种复杂型腔的精密加工将越来越广泛，其涉及到石墨电极加工的不同加工经验、参数和知识在不断更新，不断变化，需持续不懈的努力和探索，对纳米石墨材料进行加工削切是今后的发展趋势。对金刚石刀具高速加工石墨的切削性能、刀具磨损机理、工艺参数优化等进行研究，对获得高质量的石墨零件具有重要价值。采用金刚石刀具高速加工石墨，可以缩短电极制造周期，提升产品的市场竞争力，必将对模具制造行业产生重要影响。
参考文献
[1]雷卧虎.加工中的石墨电极应用.模具制造，2007，3.
[4]伍端阳.数控机械加工现场应用技术精讲[M].北京：机械工业出版社，2016，5.
[5]周莉，高性能石墨电极材料在模具制造中的应用[J].模具工业，2012，3.
关键词：纳米石墨，机械加工，工艺技术
0背景
石墨具有优异的导电和导热性能，具有良好的化学和高温稳定性，润滑和涂敷性能优良，是重要的非金属矿物资源。石墨作为碳的一种固体单质，广泛存在于大自然中，其物理性质与同素异形体金刚石明显不同，石墨很软，呈灰黑色，密度比金刚石小，熔点比金刚石低50℃。由于层间结合力较小，空隙较大，因此石墨各层间很容易发生相对滑动。由于离域的存在，成键电子在晶格中会发生自由运动，容易被激发，因此石墨具有金属光泽，并具有较好的导电性能、导热性能和自润滑性能。因此在新兴的新能源汽车、风力发电、环境治理等行业具有广阔的发展前景和巨大的应用潜力。
1石墨材料高速切削加工研究现状
石墨为典型的非均质硬脆难加工材料，其机械强度差，加工时易崩碎，刀具磨损严重。常规的车削、铣削、磨削工艺只能加工简单的石墨零件，无法满足各种复杂形状电极的加工要求。高速切削加工具有切削速度快、加工精度高、切削温度低、刀具受力小、工件表面质量高、可加工复杂零件等特点，是石墨电极较理想的加工方法。
2纳米石墨切削加工性能分析
石墨属于非均质结构的脆性材料，石墨切削加工是通过石墨材料的脆性断裂生成不连续的切屑颗粒或粉末来实现的。针对石墨材料的切削机理，研究人员做了大量研究认为石墨切屑形成过程大致是在刀具切削刃与工件接触时，刀尖处有挤压破碎，形成细小切屑和细小凹坑，并产生了一条裂纹，裂纹会向刀尖前下方延伸扩展，形成断裂凹坑，工件的一部分因刀具推进发生破碎，形成切屑。石墨颗粒极其微细，刀具切削刃的刀尖圆弧较大，因而切削刃的作用类似于挤压，刀具工件接触区的石墨材料受刀具前刀面及刀尖部分的挤压作用，产生脆性断裂，从而形成崩碎切屑。尤其在加工棱角以及薄窄筋类石墨件时，更容易发生工件的崩角和碎裂，这也成为石墨机械加工的一个难点。
3纳米石墨切削加工工艺
石墨材料的传统机械加工方法有车削、铣削、磨削、锯削等，但都只能实现形状简单、精度不高的石墨件加工。随着石墨高速加工中心、刀具以及相关配套技术的快速发展和应用，这些传统加工方法已经逐渐被高速加工技术所取代。由于石墨的硬脆特性，在加工时刀具磨损较为严重，因此，建议使用硬质合金或金刚石涂层的刀具。
3.1纳米石墨切削加工工艺措施
由于石墨具有特殊性，为实现石墨零件的高质量加工，必须采取相应的工艺措施来保证。石墨材料粗加工时，刀具可直接在工件上进刀，采用相对较大的切削参数，精加工时为避免崩碎的发生，经常采取使用耐磨性好的刀具，减小刀具的切入量，并保证切削刀具的螺距切入量小于刀具直径1/2，加工两端部时进行减速加工等工艺措施。切削加工时还需要合理安排走刀路线，在加工内外形轮廓时，应尽可能采用环绕等高切削，可使得被切削部分受力部位始终比较厚、强度比较高，防止工件断裂。在加工平面或槽时，尽可能选择斜线或螺旋进刀;避免在零件工作面上形成岛屿，避免在工作面上切离工件。另外，切削方式也是影响石墨切削加工的重要因素，顺铣时的切削振动小于逆铣的切削振动，顺铣时的刀具切入厚度从最大减小到零，刀具切入工件后不会出现弹刀现象，故一般石墨加工选择顺铣。在加工结构复杂的石墨工件时，除了要按以上的考虑优化加工工艺外，还要根据具体的情况采取一些特殊的措施，以达到最佳的切削效果。
3.2纳米石墨切削加工刀具
石墨高速加工中，由于石墨材料的硬度、切屑形成的断续性以及高速切削特性的影响，切削过程中形成交变切削应力并产生一定的冲击振动，刀具容易发生前刀面和后刀面的磨损，严重影响刀具的使用寿命，因此石墨高速加工用的刀具要求具有较高的耐磨损性和抗冲击性。金刚石涂层刀具具有高硬度、高耐磨性、摩擦系数低等优点，目前金刚石涂层刀具是石墨加工的最佳选择。
石墨加工刀具还需要选择合适的几何角度，这样有助于减小刀具的振动、提高加工质量，而且可以降低刀具磨损。通过石墨切削机理研究显示，石墨切削过程中石墨去除和刀具前角有密切关系。负前角切削增加了压应力，有利于促进材料的破碎，提高了加工效率，同时避免产生大尺寸的石墨碎片。石墨高速切削的常用刀具结构类型有立铣刀、球头刀和圆角铣刀。立铣刀一般主要用于平面和形状比较简单的曲面加工，球头铣刀是加工曲面的理想刀具，而圆角铣刀兼有球头刀和立铣刀的特点，对曲面和平面都可进行加工。
3.3石墨机械加工机床要求
在机械加工中如何正确选用石墨材料，并达到最佳的使用效果，不仅需考虑石墨电极材料牌号，还要考虑加工参数及其机床性能等因素。影响石墨电极机械加工性能的因素主要有机械系统性能、脉冲电源、控制系统、加工面积、放电参数、工件材料、工作液、电极形状、冲液方式等。机械加工机床由床身和立柱、工作台、主轴头、工作液和工作液循环过滤系统、脉冲电源、伺服进给机构、主轴头和工作台附件等部分组成。脉冲电能引起新的电能质量问题。机械加工设备发展路径由弛张式脉冲电源和机械液压伺服到晶体管模拟脉冲电源和电液伺服，再到数字脉冲电源和数控伺服电机。控制方面从机械开关式单轴控制发展成单轴数控和多轴数控。机床电源由脉冲电源发展到智能化模糊控制机械加工技术。机床结构和精度决定了机床的加工性能和特点。
3.4納米石墨切削参数
石墨高速切削时选用合理的切削参数对于工件加工质量、效率的提高有着重要的意义，由于石墨高速加工的切削过程非常复杂，选择切削用量和加工策略时，需要考虑工件结构、机床特性、刀具等多方面因素，这主要依靠大量的切削加工实验。对于石墨材料，在粗加工过程中需要选择高转速、快速进给、大吃刀量的切削参数，可以有效提高加工效率;但由于石墨在加工过程中易产生崩角现象，尤其在棱边等位置易形成锯齿状，在这些部位应适当降低进给速度，不宜大吃刀量。对于薄壁结构石墨件，容易发生边角崩碎的原因主要是由切削冲击、让刀和弹刀以及切削力波动所造成。降低切削力可以减少让刀和弹刀，提高薄壁结构石墨件的表面加工质量，减小边角崩碎和折断。石墨高速加工中心的主轴转速一般较大，在机床主轴功率允许的前提下，选取较高的切削速度，可有效地降低切削力，加工效率也可得到显著提高，在选定主轴转速的情况下，每齿进给量应与主轴转速相适应，以防止进给太快吃刀量大造成崩刃现象。
4结论
在模具工业越来越发达的今天，机械加工特别是用石墨作进行各种复杂型腔的精密加工将越来越广泛，其涉及到石墨电极加工的不同加工经验、参数和知识在不断更新，不断变化，需持续不懈的努力和探索，对纳米石墨材料进行加工削切是今后的发展趋势。对金刚石刀具高速加工石墨的切削性能、刀具磨损机理、工艺参数优化等进行研究，对获得高质量的石墨零件具有重要价值。采用金刚石刀具高速加工石墨，可以缩短电极制造周期，提升产品的市场竞争力，必将对模具制造行业产生重要影响。
参考文献
[1]雷卧虎.加工中的石墨电极应用.模具制造，2007，3.
[4]伍端阳.数控机械加工现场应用技术精讲[M].北京：机械工业出版社，2016，5.
[5]周莉，高性能石墨电极材料在模具制造中的应用[J].模具工业，2012，3.