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各向同性热解石墨切削机理研究
摘要：
本文主要针对各向同性热解石墨切削机理进行了深入的研究。首先介绍了热解石墨的制备方法以及其基本结构特征。接着对其切削机理进行了详细的探究，包括切削力与表面粗糙度的关系、切削温度的分析、材料切屑的形成机理等。最后，本文总结了各向同性热解石墨切削机理的研究现状，并对其未来的发展方向进行了展望。
关键词：热解石墨；切削机理；切削力；表面粗糙度；切削温度；切屑形成机理；发展方向
一、引言
热解石墨以其高强度、高导热性和耐高温等特点，被广泛应用于制造航空航天、电子、能源等领域的高精度零部件。然而，由于其结构特殊且硬度高，传统的切削加工技术难以对其进行高效、精确地加工。因此，对热解石墨的切削机理进行深入研究，具有重要的理论和应用意义。
二、热解石墨的制备方法及基本结构特征
热解石墨，又称高温石墨，是一种利用石油焦、石墨烯、炭黑等碳材料在高温下热解过程中形成的石墨结构材料。其制备方法主要包括化学气相沉积、溅射、化学蒸镀等多种方法。由于化学气相沉积法制备的热解石墨具有较高的纯度和致密度，因此被广泛应用于热解石墨的制备中。
热解石墨的基本结构特征如下：其晶界属于较高角度晶界，呈现典型的石墨结构，也就是存在着大面积的基面和少量的边缘面；在晶界处形成较多未结晶碳原子，形成了较大的内应力。
三、各向同性热解石墨的切削机理
各向同性热解石墨的切削加工主要包括普通车削、磨削、钻削及线切割等。这些加工方法都存在着切削力和表面粗糙度两个主要问题，其机理如下所述。
3.1切削力的分析
切削力是指刀片在热解石墨上进行切削时所受到的力量。其主要由以下几个因素决定：刀具的几何参数、切削速度、进给量、切削深度、加工方法、加工材料等。
切削力的大小与切削温度和材料的特性密切相关。当切削温度升高时，热解石墨的硬度会减小，从而提高了切削效率，但是也同时降低了热解石墨的加工精度。此外，在切削加工过程中，由于材料内部产生了较大的内应力，也会导致热解石墨的断裂和破碎。
3.2表面粗糙度的控制
在热解石墨加工过程中，表面粗糙度是影响加工精度的关键因素之一。其大小也受到切削温度、刀具形状以及材料硬度等多个因素的影响。
热解石墨的表面粗糙度主要由切削刃口的尺寸和切削刃口间距等因素所决定。在平面车削过程中，表面粗糙度的大小与刀刃形状、切削刃口直径以及进给等参数有关。此外，在切削加工过程中，由于切削刃口与热解石墨之间的接触热效应，也会导致表面形态的变化。
3.3切削温度的分析
切削温度是指切削过程中，在刀具和工件之间接触区域处所产生的温度。由于热解石墨的热导率很高，因此其能够较快地将加工过程中产生的热量通过导热方式传导到材料周围，而不会形成局部过热区域。
在切削加工过程中，当切削温度高于热解石墨的热处理温度时，热解石墨就容易发生粘结、烧焦或者产生热裂纹等问题。因此，为了保证加工精度和表面质量，必须控制好切削温度的大小。
3.4切屑形成机理的分析
在热解石墨加工过程中，切削产生的切屑形态和形成机理是关键问题之一。一般来说，热解石墨的切屑形态主要有以下三种：连续切屑、断续切屑和微粉切屑。
其中，连续切屑主要由于切削力过大，使得切削屑出现撕裂现象而形成。断续切屑则是由于材料内部的应力失衡和断裂而造成。而微粉切屑则是由于材料断裂后形成的，在尺寸上非常细小的切屑。
四、各向同性热解石墨切削机理的研究现状和未来发展方向
目前，热解石墨切削机理的相关研究主要集中在切削力和表面粗糙度的分析、切削温度的控制和切屑形成机理的研究上。但是，在实际加工中，热解石墨的切削还存在着许多问题和挑战，如表面微细形态的研究、切屑形态控制等。
因此，未来的热解石墨切削加工研究方向应该着重于：（1）开发新的切削工具和材料；（2）优化加工工艺参数以提高加工效率和切削质量；（3）进一步深入研究热解石墨的切削机理以实现更高的加工精度和表面光洁度；（4）探索热解石墨的非接触加工技术等。
总之，随着科技的不断发展，各向同性热解石墨的切削加工将会得到更好的发展和应用。