グラファイトは一般的な非金属材料で、黒色、耐高温・耐低温性、優れた電気伝導性・熱伝導性、優れた潤滑性、安定した化学特性を有しています。優れた電気伝導性により、放電加工（EDM）の電極として使用できます。従来の銅電極と比較して、グラファイトは耐高温性、放電消費量の少なさ、熱変形の少なさなど多くの利点があります。精密で複雑な部品や大型電極の加工において優れた適応性を示し、放電加工電極の主流として徐々に銅電極に取って代わっています[1]。さらに、グラファイト耐摩耗材料は、潤滑油なしで高速、高温、高圧の条件下で使用できます。多くの装置で、ピストンカップ、シール、ベアリングにグラファイト材料が広く使用されています。
現在、黒鉛材料は機械、冶金、化学工業、国防などの分野で広く使用されています。黒鉛部品の種類は多く、部品構造は複雑で、寸法精度と表面品質に対する要求も高いです。国内における黒鉛加工の研究は十分に進んでおらず、国内の黒鉛加工用工作機械も比較的少ないのが現状です。海外では、黒鉛加工は主に高速加工用の黒鉛加工センターを使用しており、これが現在、黒鉛加工の主要な開発方向となっています。
本稿では主に、グラファイト加工技術と加工工作機械を以下の側面から分析する。
①グラファイトの機械加工性能の分析
② 一般的に用いられる黒鉛加工技術の対策；
③黒鉛加工において一般的に使用される工具と切削パラメータ
グラファイト切削性能分析
グラファイトは不均質な構造を持つ脆性材料です。グラファイトの切削は、グラファイト材料の脆性破壊によって不連続なチップ粒子または粉末を生成することによって行われます。グラファイト材料の切削メカニズムについては、国内外の研究者が多くの研究を行ってきました。海外の研究者は、グラファイトのチップ形成プロセスは、工具の切削刃が工作物に接触したときに、工具の先端が潰れて小さなチップと小さなピットが形成され、亀裂が発生して、それが工具先端の前方と下方に伸びて破壊ピットを形成し、工具の前進によって工作物の一部が破壊されてチップが形成される、と概ね考えている。国内の研究者は、グラファイト粒子が非常に細かく、工具の切削刃には大きな先端弧があるため、切削刃の役割は押し出しに似ていると考えている。工具と工作物の接触領域のグラファイト材料は、工具のすくい面と先端によって圧縮される。圧力下では脆性破壊が生じ、それによってチップが形成される[3]。
グラファイト切削加工では、ワークピースの丸みを帯びた角や角の切削方向の変化、工作機械の加速度の変化、工具の切削方向や角度の変化、切削振動などにより、グラファイトワークピースに一定の衝撃が加わり、グラファイト部品のエッジの角が脆くなったり欠けたり、工具の摩耗が激しくなったりといった問題が発生します。特に、角や薄くて細いリブのあるグラファイト部品を加工する際には、ワークピースの角が脆くなったり欠けたりしやすく、グラファイト加工の難点となっています。
グラファイト切削加工 
グラファイト材料の従来の機械加工方法には、旋削、フライス加工、研削、鋸引きなどがありますが、これらは単純な形状で精度が低いグラファイト部品の加工しか実現できません。グラファイト高速加工センター、切削工具、および関連するサポート技術の急速な発展と応用により、これらの従来の機械加工方法は徐々に高速加工技術に取って代わられつつあります。実際のところ、グラファイトは硬くて脆い性質を持つため、加工中に工具の摩耗が激しく、超硬工具またはダイヤモンドコーティング工具の使用が推奨されています。
切断工程の測定
グラファイトの特殊性から、グラファイト部品の高品質な加工を実現するには、適切な加工対策を講じる必要があります。グラファイト材料の荒加工では、比較的大きな切削パラメータを使用して、工具をワークピースに直接送り込むことができます。仕上げ加工中にチッピングを防ぐために、耐摩耗性に優れた工具がよく使用され、工具の切削量を減らし、切削工具のピッチが工具の直径の 1/2 未満であることを確認し、両端を加工する際に減速加工などの加工対策を実施します [4]。
切削中は、切削経路を適切に配置することも必要です。内側輪郭を加工する場合は、周囲の輪郭をできるだけ利用して、切削部分の力が常に厚く強くなるようにし、ワークピースの破損を防ぐ必要があります[5]。平面や溝を加工する場合は、できるだけ斜め送りまたは螺旋送りを選択し、部品の加工面に島ができないようにし、加工面でワークピースが切断されないようにしてください。
さらに、切削方法も黒鉛切削に影響を与える重要な要素です。ダウンミリング時の切削振動はアップミリング時よりも小さく、切削厚さは最大からゼロまで減少するため、工具がワークピースに食い込んだ後に跳ね返り現象は発生しません。したがって、黒鉛加工には一般的にダウンミリングが選択されます。
複雑な構造を持つ黒鉛加工物を加工する際には、上記の考察に基づいて加工技術を最適化することに加えて、最適な切削結果を得るために、特定の条件に応じて特別な対策を講じる必要がある。
投稿日時：2021年2月20日