石墨专用的这种磨床设备, 它并不是说你把砂轮换一下, 就能拿去顶替通用的磨床来使用的。这里面的原因其实挺多的, 比如石墨的莫氏硬度能够达到9到10这样一个比较高的数值范围。因为它在磨削这个过程里所遵循的物理和化学机理, 跟金属材料完整是两码事、完整不同的那么一个概念。
所以如果你去使用那些通用的烧结型的砂轮去对它进行加工的话, 实际上它起到的效果只是相当于在做抛光而已, 是根本吃不动材料的, 也就是没法进行有效去除。那专门针对石墨设计的这种机器, 它在主轴的精密度上面, 还有冷却通道的分布上边, 以及砂轮的匹配度这些关键地方, 全部都做了很有针对性的设计。
正因为有了这些设计和优化, 所以它能够稳定地把表面粗糙度控制在Ra0.2μm这么小的这个数值以内。挑选石墨专用磨床的时候, 应当把目光集中锁定在三个关键方面上面, 这三个方面分别是主轴跳动情况、冷却回路系统性能以及砂轮适配程度。主轴跳动、冷却回路、砂轮适配。
用大白话说, 所谓石墨专用磨床, 其实就是专门用来处理那些质地比较软的、非金属的工件的小型的高精密度的磨床设备。因为石墨这种材料的块体非常脆, 而且它的导热系数特别高, 达到了150W/(m·K), 在加工的时候产生的磨屑是粉末状的, 要是让通用的机器去上手干活的话, 就会出现崩边和划伤的情况。
而石墨专用磨床呢, 它是把主轴的径向跳动控制在了3μm以内, 冷却液走的是封闭循环系统, 磨屑会直接被抽走, 这样就避免了二次污染了工件。
现在市面上比较流行的做法是有两种不同的结构安排, 一种是平的磨削方式, 另外一种是包括内部还有外部的圆形磨削方式, 这些东西所能够加工的工件的直径范围是从50毫米到500毫米之间。
事实上, 有四样东西决定了石墨专用设备机床是否能够完成研磨加工这一过程。
主轴系统配备了精密角接触轴承组, 其径向跳动要小于或者等于3μm。 这是为了达到不能崩边这一硬性指标。 同时要求轴伸部分越短越好。
冷却回路采用的是独立设计的双通道结构, 对于磨液温度的波动情况, 将其严格控制在了±0.5℃这样的范围以内, 从而能够让热变形程度被压缩到了至低水平。
针对砂轮进行适配, 选择棕刚玉或者绿碳化硅, 粒度范围控制在W40到W17之间, 线速度需要匹配石墨特性, 如果粒度太粗, 就会直接导致崩边。
进给机构部分的数控分辨率是0.001mm, 它的往复行程大于等于800mm, 可以一次装夹搞定。
| 对比项 | 石墨专用磨床 | 通用磨床 |
|---|---|---|
| 主轴跳动 | ≤3μm | 5~10μm |
| 冷却方式 | 封闭循环+除尘 | 开放式 |
| 砂轮类型 | 绿碳化硅/棕刚玉 | 通用烧结砂轮 |
| 适用硬度 | 莫氏6~10 | 莫氏5以上 |
差的其实就只是那么一点点, 大概是零点几微米的样子。要是把这个问题放大到实际的生产线上去看, 那就直接表现为良品率低了足足15个百分点。算下来每个多出来的月头, 就要白白损失好几万元的耗材费用和需要返工产生的额外开销。
负级材料工厂在打磨石墨模具, 半导体行业在处理钨级夹持面的打磨工作, 3C领域正在研磨石墨加热片, 稀土永磁产业则在对石墨坩埚内壁进行磨削加工。
这些情况的共同点是, 工件绝对不允许出现崩边的现象, 表面的粗糙度标准有着非常严格且死板的限制要求, 同时还必须确保各批次产品之间的一致性水平非常高。
如果使用普通的通用型磨床来同时处理这三类截然不同的部件的话，操作人员往往会因为精力分散而顾此失彼, 但是如果使用专门针对石墨设计的精密磨床设备, 连续运行并高效完成两百度以上工件的打磨任务时, 依然能够保持级高的精度稳定性, 根本不会出现误差波动的情况, 而且其过程能力指数Cpk指标始终能够稳定保持在1.33以上的优秀水平。
不要只盯着铭牌上的那些参数看, 拿到设备之后先进行三项测试: 空载主轴跳动实测、连续磨削五十件时的尺寸漂移情况以及冷却液温度稳定性。数据吻合了再谈论其他事情。
采购周期通常是三到六周, 如果交货期拖得太久那就意味着产能紧张, 后续售后服务也会跟不上。使用两三年后可以查看磨损率, 更换一次耗材成本足以再买半台机器了。
