El desgaste de la herramienta es el problema más crítico en el mecanizado de electrodos de grafito. La cantidad de desgaste no solo afecta el costo de consumo de la herramienta, el tiempo de mecanizado y la calidad del mecanizado, sino también la calidad de la superficie del material de la pieza de trabajo del electrodo. Las áreas principales de desgaste de la herramienta en el mecanizado de materiales de grafito son el ángulo de ataque y la superficie de desprendimiento. En el ángulo de ataque, se produce desgaste abrasivo por impacto debido al contacto de impacto entre la herramienta y el área de astilla fracturada, y el desgaste por fricción deslizante es generado por las astillas que se deslizan a lo largo de la superficie de la herramienta.

Los principales factores que influyen en el desgaste de la herramienta incluyen:

Material de la herramienta El material de la herramienta es el factor fundamental que determina el rendimiento de corte de la herramienta, impactando significativamente en la eficiencia del proceso, la calidad, el costo y la durabilidad de la herramienta. Los materiales de herramienta más duros tienen mejor resistencia al desgaste, pero una mayor dureza también significa menor tenacidad al impacto y mayor fragilidad. Balancear dureza y tenacidad es un desafío clave para los materiales de las herramientas. Para herramientas de grafito, se pueden utilizar recubrimientos estándar de TiAlN con materiales que tengan una tenacidad relativamente mejor, como el carburo de grano fino con un contenido de cobalto del 8-10%. Para herramientas de grafito con recubrimiento de diamante, se recomiendan materiales con una dureza relativamente mayor, como el carburo de grano medio con un contenido de cobalto del 6-8%.

Geometría de la herramienta Seleccionar la geometría adecuada para herramientas específicas de grafito ayuda a reducir la vibración de la herramienta, lo que a su vez reduce el riesgo de astillado de la pieza de trabajo de grafito.

2.1 Ángulo de ataque Usar un ángulo de ataque negativo al mecanizar grafito proporciona buena resistencia del filo y resistencia al impacto y la fricción. A medida que el valor absoluto del ángulo de ataque negativo disminuye, el área de desgaste en la superficie de desprendimiento muestra una tendencia general a disminuir. En contraste, con un ángulo de ataque positivo, a medida que el ángulo aumenta, la resistencia del filo se debilita, lo que lleva a un aumento del desgaste en la superficie de desprendimiento. Los ángulos de ataque negativos aumentan la resistencia al corte y la vibración, mientras que los ángulos de ataque positivos grandes causan un desgaste severo de la herramienta y alta vibración de corte.

2.2 Ángulo de desprendimiento Aumentar el ángulo de desprendimiento reduce la resistencia del filo y gradualmente aumenta el área de desgaste en la superficie de desprendimiento. Ángulos de desprendimiento excesivamente grandes también aumentan la vibración del corte.

2.3 Ángulo de hélice Un ángulo de hélice más pequeño resulta en una longitud de filo de corte mayor que entra en contacto con la pieza de trabajo de grafito simultáneamente, lo que lleva a una mayor resistencia al corte y mayores fuerzas de impacto sobre la herramienta, aumentando así el desgaste, las fuerzas de fresado y la vibración. Ángulos de hélice más grandes desvían las fuerzas de fresado de la superficie de la pieza de trabajo pero aumentan las fuerzas de impacto debido al astillado del material de grafito, lo que también resulta en un aumento del desgaste, las fuerzas de fresado y la vibración. Por lo tanto, los efectos combinados de los ángulos de ataque, desprendimiento y hélice sobre el desgaste de la herramienta, las fuerzas de fresado y la vibración deben ser cuidadosamente considerados.

Recubrimiento de la herramienta Las herramientas con recubrimiento de diamante ofrecen alta dureza, excelente resistencia al desgaste y baja fricción. Actualmente, los recubrimientos de diamante son la mejor opción para las herramientas de mecanizado de grafito, demostrando un rendimiento superior. Las herramientas de carburo con recubrimiento de diamante combinan la dureza del diamante natural con la resistencia y la tenacidad a la fractura del carburo. Sin embargo, la tecnología para recubrimientos de diamante aún está en desarrollo en China, y los altos costos limitan su uso generalizado. Optimizar los ángulos de la herramienta, la selección de materiales y las estructuras de recubrimiento estándar aún puede hacer contribuciones significativas al mecanizado de grafito.

La geometría de las herramientas con recubrimiento de diamante difiere significativamente de la de las herramientas con recubrimiento ordinario. Debido a los requisitos especiales del mecanizado de grafito, las herramientas con recubrimiento de diamante pueden tener ángulos geométricos y ranuras de evacuación de viruta más grandes sin comprometer la resistencia al desgaste del filo. Mientras que los recubrimientos de TiAlN proporcionan mejor resistencia al desgaste que las herramientas sin recubrimiento, su geometría debe reducirse ligeramente al mecanizar grafito para mejorar la resistencia al desgaste. Muchas empresas globales están invirtiendo mucho en el desarrollo de tecnologías de recubrimiento de diamante, pero actualmente, las tecnologías maduras y rentables se encuentran principalmente en empresas europeas.

Refuerzo del filo de la herramienta El embotamiento del filo de las herramientas es un problema crítico que a menudo se pasa por alto. Después de afilar herramientas de carburo con ruedas de diamante, pueden aparecer defectos microscópicos como micro-astillado y serraciones en el filo de corte. El corte a alta velocidad de grafito exige un alto rendimiento y estabilidad de las herramientas, especialmente de las herramientas con recubrimiento de diamante, que requieren un tratamiento de embotamiento del filo antes del recubrimiento para asegurar la adhesión del recubrimiento y la vida útil de la herramienta. El propósito del embotamiento del filo es suavizar estos defectos microscópicos, mejorando la durabilidad y la resistencia al desgaste.

Condiciones de corte Las condiciones de corte tienen un impacto significativo en la vida útil de la herramienta.

5.1 Métodos de corte (fresado en concordancia y fresado en oposición) El fresado en concordancia genera menos vibración que el fresado en oposición. En el fresado en concordancia, el grosor del corte disminuye de máximo a cero, minimizando el riesgo de rebote de la herramienta debido a virutas no cortadas. El fresado en oposición aumenta el grosor del corte de cero a máximo, causando que la herramienta raspe la superficie de la pieza de trabajo inicialmente, lo que puede llevar al rebote o vibración de la herramienta si encuentra puntos duros o virutas residuales en el material de grafito.

5.2 Soplado (o extracción de polvo) e inmersión en líquido de electroerosión (EDM) La limpieza oportuna del polvo de grafito de la superficie de la pieza de trabajo ayuda a reducir el desgaste secundario de la herramienta, extender la vida útil de la herramienta y minimizar el impacto del polvo de grafito en los tornillos y guías de la máquina.

5.3 Otras consideraciones Seleccionar una velocidad de husillo alta y una tasa de avance alta correspondiente es crucial.

En resumen, el material de la herramienta, la geometría, el recubrimiento, el refuerzo del filo y las condiciones de corte juegan roles vitales en la vida útil de la herramienta y son interdependientes. Una buena herramienta de grafito debe tener ranuras de evacuación de viruta suaves, una larga vida útil, la capacidad de realizar grabados profundos y capacidades de ahorro de costos en el mecanizado.