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普通车床加工石墨密封环的要点所在

日期:2013-09-12

一.石墨加工过程中的主要问题
1.石墨是一中具有自润滑性、耐高温、抗氧化、热膨胀系数较小、摩擦系数低、密度小和可加工好的固体自润滑材料,它可在高速、高压或低速重载干摩擦的工况条件或在水、油、氨、丙烷、酸、碱、盐等介质下工作。由于石墨具备以上优异的性能,所以得到了非常广泛的应用!石墨的生产、石墨的零部件加工同时也具有越来越广泛的市场空间。
2.石墨是一种脆性材料,尽管比较容易切削,但作为密封端面的石墨材料必须要有足够的强度!以免在使用装配过程当中受到损坏,同时零件的形状壁薄、圆角锐角等也对石墨的晶体尺寸和强度受到很高的要求,这些因素导致石墨工件在加工过程当中易碎、崩裂。
3.由于石墨材料的特殊性,导致石墨产品在实际的生产中加工尺寸等精度难以保证!尤其是在普通硬质合金车刀加工时每100²MM大约可磨损0.05MM-0.08MM而且表面容易出现掉渣等现象,故常常需配合研磨来完成切削,切削精度及表面粗糙度要求。再则由于材料较脆、硬度较高在车光轴、通孔、平端面以及切切断的时候容易出现崩角、棱边锯齿等现象。所以相对于钢件材料加工来说难度大大的提高。
二.刀具材质及其在生产中的应用
1.刀具在石墨加工中的要求
刀具磨损是石墨加工中最重要的问题,磨损量不仅影响刀具使用寿命、加工时间、加工质量。而且还影响工件加工的表面质量,是优化高速加工的主要参数!石墨材料对刀具磨损的主要区域为前刀面和后刀面。在前刀面上刀具与破碎切削区的冲击产生磨粒磨损,沿工件表面滑动的切削产生摩擦磨损,所以加工石墨的刀具必须具备很好的耐磨性。
2.刀具材料
刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素,对加工效率和加工质量以及刀具使用寿命影响很大。刀具材料越硬其耐磨性就越好,硬度越高冲击韧性越低,材料越脆,硬度和韧性是相对矛盾的,也是刀具材料所应克服的一个关键。对于石墨刀具而言,如果产品单一,结构简单,批量生产可采用普通的TIAIN涂层刀块,可在选材上适当选择韧性相对好一些的,也就是含钴量高一点的,对于精钢石涂层的石墨刀具,可选择硬度相对好一点的,也就是含钴量低一些的。对于产品种类多,结构复杂,则可以选用一般的硬质合金刀具。其优点是在机动性和可塑性强,但缺点也是很明显,磨损非常严重!需要频繁的刃磨刀具。经过实践证明YG3X硬质合金刀具具有硬度高,耐磨好,有一定的冲击韧性,而且价格成本便宜,基本上可以胜任大部分石墨产品的加工适合一般的工厂加工需求。
3.刀具的几何形状
石墨刀具易应选择适当的几何角度,有助于减少刀具的震动石墨也不容易崩缺,采用副前角加工石墨时刀具刃口强度要好,耐摩擦和抗冲击性要好!随着副前角的绝对值的减小,后刀面的磨损面积变化大,但前角总体呈减小趋势!采用正前角加工石墨,随着前角的增大刀具的刃口强度被削弱,反而导致刀具后刀面磨损加剧,后角增大刀具刃口强度降低,后刀面的磨损面积逐渐增大,刀具后角增大后切削震动加强,经多年实践摸索出来的经验石墨车刀正确的角度,前角1-3°,后角宜刃磨成8-10°(不要磨切断槽)
4.石墨刀具在实际生产中的应用
(1)外圆车刀:由于石墨切削形成粉末状故在切削过程当中不必考虑切削会划伤工件,为了提高生产工作效率,在车刀和机床刚性足够的基础上,不必粗车可以直接精车完成,但是吃刀深度不宜过大(一般来说7MM一下为宜),但是对车刀的安装角度有很大要求,角度过大容易让刀,角度过直容易扎刀产生废品,正常情况下车刀安装相对于卡盘端面的夹角为6°-12°之间,视角因每台车床的性能而定。
(2)切断刀:能否顺利的切断环形的石墨环件对于石墨加工而言有着非常重要的意义!它不但影响产品的废品率同时也直接影响加工效率,因为石墨环在切断时极易出现棱边锯齿和掉渣现象,过去的加工方法切断石墨环时采用的是外切截断方法,但在实际应用中并不理想,加工速度太慢,刀具刃磨复杂,当刀具不快时在单边切削时工件就已经掉下来了。从而产生废品!现在改进的方法是:用刀剑直接切削使切削下来的工件内空角带有保护角,克服了棱边锯齿和崩牙的现象并且提高了产效率的60%以上,其具体的刀具角度为(如图):尖角最好刃磨成90°形状,前角为0°,后脚刃磨成6°- 8°,副后角为2°- 3°,刃磨时尽量保证切刀两面一致,或者更靠近被切方向的主切削,稍长一些,但不宜过大,用肉眼能看的出为宜,大约在0.1MM-0.2MM之间,切刀宽度也不易过宽,应为2.5MM-1.5MM,否则使切削增容易撅掉工件。
(3)45°圆弧车刀:这种车刀是我们现在加工石墨环形工件中应用比较广泛的一种,由于石墨材料特别的脆,在加工光轴和通孔的时候平断面容易产生崩角的现象,所以在加工时通常使用“软接触”的方法进行切削,也就是现在一端倒出30°左右的角作为过渡空刀,在由另一车刀进行另一端同样用30°的车刀进行倒角,这样做可以有效的防止崩牙现象。但这种方法用起来过于繁琐,影响加工效率。通过实践应用,用圆弧车刀直接车削,也可达到以上效果。而且速度较快。效率可提升30%左右。一般情况下,圆弧车刀的R角需磨成R5-R7之间。(过大会使切削力增大;过小则圆弧过渡不够,易产生崩牙现象。)加工时的精车吃刀量不超过1MM,进给量为0.141MM-0.175MM。
三.用普通车床车削石墨切削用量的选择
由于石墨晶体颗粒比较硬,如果切削量选择不当会对加工造成那些影响。
1.切削速度:用YG3X硬质合金车刀车削石墨密封环时主轴转数不宜过高,那样会加快刀具的磨损,转数过低又达不到光洁度要求,一般选择560/MIN-280/MIN,根据工件的周径大小来决定。
2.吃刀深度:与钢件相比较石墨的密度较低,粗加工时可进行大吃刀量切削,最大吃刀量可达单边10MM,但对于薄壁工件为了避免工件经挤压碎裂,吃刀量也不易过大,一般为5MM-6MM为宜。
3.进给量:石墨材料晶体颗粒较硬,尤其是用硬质合金车刀切削时,进给量不宜过大,那样会是加工表面因挤压而形成“麻点”,状缺陷,从而导致表面光洁度不够造成废品!进给量过小,又会影响加工效率,以及延长刀具车削时间,使刀具磨损加具以下是我多年来积累的经验值,如图所示:
产品规格
() 加工面 • 吃刀量MM(单面) • 进给量(MM/转) • 主轴转数(转/分)
  • 粗车 精车 粗车 精车 粗车 精车
外径≤ • 外径 3-10 • 1-3 0.241 0.175 350 560
 内孔 2-5 ≤0.5 0.175 0.175 350 • 560
 端面 2-5 ≤1 • 0.483 0.483 350 560
≥外径≥
 外径 • 3-10 1-3 0.241 0.175 180 450
 内孔 2-5 ≤0.5 0.175 0.175 180 450
 端面 2-5 ≤1 • 0.483 0.483 • 280 450
3.加工石墨密封的装夹以及薄壁零件的加工
(1)石墨密封环:这类工件大多壁厚。
(2)台阶较多用传统的三爪卡盘车削难度很大。
(3)装夹的时候容易碎裂,如果用胎具装夹有太被繁琐,而且工件需要多次装夹,浪费时间降低工作效率,经实践证明应采用自定心六爪卡盘,六爪卡盘的优势在于六点接触时接触面积大,受力均匀,定位性好,可进行多次,多基准面的装夹从而保证了工件的形位公差,适合多种复杂零件的加工。
薄壁零件的加工:一般来说用六爪卡盘装夹工件,当壁厚在5MM时加工时易碎裂,形位公差很难保证!车削时最好以两次切削,以防止过渡挤压使工件产生应力,并且要保证车刀的锋利,要留夹头10MM为宜,安排合理的工艺,选择正确的车削方法。
1.用六爪卡盘装夹毛胚,并找正,车¢99.7,¢81至尺寸。粗车内孔时尽量采用二次切削的方式来加工,防治石墨在切削时产生应力,产生碎裂。
2.切断总长8MM,总长留2MM,卡¢97.7外圆车车¢93.4。
3.夹¢93.4,总长车至7.4MM,车¢91至尺寸,车¢94至尺寸,采用径向切削。
4.钳工钻孔,小心做好防碎处理,做孔深5.8MM,最薄处不低于1MM。
5.找正装夹,车5.4至尺寸,90°车刀沿轴向二次车削完成。
结束语:
综上所述,石墨密封环的加工相对于普通的钢件来说难度较大!以上的石墨加工经验值都是我个人多年从石墨加工生产实践总结出来的,目前我的加工方法和工艺在生产中得到了广泛的推广和应用,提高了工作效率,降低了成本的消耗。受到了公司领导的好评!目前我国的石墨加工水平同国外相比还有很大差距,随着科学的发展,石墨产品以其本身的特点和低廉的价格在密封产品中得到了广泛的应用,以上有不当之处还望指正!我相信通过我们不断的努力和学习以后我们还会有更先进的加工方法和工艺,一定会超越国外的石墨加工水平。

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