[科普中国]-石墨机械

石墨机械（graphite machinery）是指与腐蚀性介质接触的零部件用石墨材料制作或表面贴附石墨材料的机械设备。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，国内外学者做了大量研究，国外学者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。

简介石墨机械（graphite machinery）是指与腐蚀性介质接触的零部件用石墨材料制作或表面贴附石墨材料的机械设备1。

石墨机械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，国内外学者做了大量研究，国外学者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。国内学者认为石墨颗粒极其微细，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。

石墨切削加工过程中，由于工件圆角或拐角处切削方向的改变、机床加速度的变化、刀具切入和切出的方向和角度变化、切削振动等原因，对石墨工件造成一定冲击，导致石墨件边角脆性崩碎、刀具磨损严重等问题。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2。

石墨机械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。实践表明：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1。

石墨机械高速加工中心石墨切削加工中会产生大量的粉尘，污染环境、影响工人健康、影响机床，因此，石墨加工机床必须配备良好的防尘、除尘装置。由于石墨是导电体，为防止加工过程中产生的石墨粉尘进入机床电器元件中发生短路等安全事故，应对机床的电器元件进行必要的保护。石墨高速加工中心为实现高速采用高速电主轴，为降低机床的振动需要设计低重心结构，进给机构多采用高速度高精度的滚珠丝杠传动，设计防除尘装置等。石墨高速加工中心的主轴转速通常在10000～60000r /min 之间，进给速度可以高达60m/min，加工壁厚可以小于0.2 mm，零件的表面加工质量和加工精度高，是实现石墨高效高精度加工的主要手段。

随着石墨材料的广泛应用以及石墨高速加工技术的发展，国内外高性能的石墨加工设备逐渐增多。OKK 公司的GR400 采用低重心、桥式结构设计，实现机床最小化的机械振动；采用C3 级精密丝杠及滚柱导轨，可以保证机床的高加速度，缩短加工时间，采用加装防溅挡板及机顶盖的全封闭式钣金设计防止石墨粉尘。海城VMC-7G1 所采取的防尘手段，不是常用的吸尘方法，而是用水帘密封形式，并加装特殊的粉尘分离装置，在导轨、丝杆等运动部位，还配备有护套与强力刮屑装置，以确保机床长期稳定工作3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学