10.3.1石墨零件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題

碳石墨制品具有良好的機(jī)械加工性能，可加工成任何形狀的制品。

然而，簡(jiǎn)單地用相同形狀和尺寸的石墨零件替換金屬零件在很多情況下并不能保證機(jī)械零件的可靠性和性能。 因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮石墨材料的特性，特別注意它是一種脆性材料，在失效前基本不發(fā)生塑性變形。

其破壞變形在彈性范圍內(nèi)，不超過1%。 與所有脆性材料一樣，石墨材料對(duì)任何應(yīng)力集中點(diǎn)都非常敏感，例如易碎區(qū)域、鋒利邊緣、橫截面突然變化、表面的凹槽和孔洞。 強(qiáng)度只是材料極限強(qiáng)度的一小部分。

設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意，各種石墨材料的極限破壞強(qiáng)度差別很大。 抗壓極限強(qiáng)度最大，彎曲強(qiáng)度一般為抗壓強(qiáng)度的1/2～1/3，抗拉強(qiáng)度較低，通常為抗壓強(qiáng)度的1/5～12。 此外，在測(cè)量石墨材料的抗壓強(qiáng)度時(shí)，同一材料的極限強(qiáng)度誤差高達(dá)200%（即使是精心制備的樣品）。

從這里我們可以看出應(yīng)力集中點(diǎn)——表面易破損區(qū)域、材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻、大孔隙和細(xì)裂紋等因素對(duì)產(chǎn)品強(qiáng)度的影響。

考慮到上述問題，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1) 碳石墨零件只能在壓力和單獨(dú)的彎曲載荷下使用。

(2)設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算出的摩擦面單位壓力必須低于碳石墨材料允許的單位壓力，因?yàn)闄C(jī)器在運(yùn)行過程中可能會(huì)產(chǎn)生位移或歪斜，導(dǎo)致零件實(shí)際承受的壓力高于碳石墨材料允許的單位壓力。計(jì)算出的壓力。 。

(3)碳石墨零件外觀應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，不應(yīng)有應(yīng)力集中點(diǎn)。 因此，必須研究邊緣處的倒角和截面突變的結(jié)構(gòu)形式。

為了防止零件在加工、安裝和運(yùn)輸過程中損壞，碳石墨零件不宜設(shè)計(jì)成薄壁，且壁厚與直徑之比不宜過小。

(4)碳石墨材料的線膨脹系數(shù)遠(yuǎn)低于金屬。 因此，應(yīng)特別注意將碳石墨零件緊固到金屬零件上的方法。 開口銷、銷釘、固定螺釘、螺紋、鍵槽等的任何孔都可能導(dǎo)致碳石墨零件在工作中損壞。

因此，當(dāng)止動(dòng)力較小時(shí)，可用平座上放置的止動(dòng)銷或縱向光面銷來阻止石墨套轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)制動(dòng)力較大或要求緊固時(shí)，采用加熱嵌入的方法將碳石墨零件安裝到金屬套筒內(nèi)。

圖10-7是由碳石墨材料制成的零件的正確和錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)示例。 工作時(shí)，為防止裝配因溫度變化而移位，可以用膠水或油漆將石墨件與金屬件粘合。

選擇石墨摩擦組件的材料時(shí)，應(yīng)考慮磨削面的工作條件，首先是工作介質(zhì)和溫度。 在某些情況下，它們完全取決于石墨和金屬材料的選擇。 第二步是確定組件的結(jié)構(gòu)，使其能夠承受一定的壓應(yīng)力。

為了保證碳石墨組件的工作能力，必須正確選擇配合間隙。 針對(duì)不同用途的零件選擇合適的配合間隙，將在相關(guān)章節(jié)中介紹，此處不再贅述。

摩擦表面的質(zhì)量對(duì)于保證裝配的工作效果也非常重要，主要是與石墨接觸的金屬零件的材質(zhì)和表面加工質(zhì)量。 摩擦系數(shù)和磨損率與石墨零件接觸的金屬表面的粗糙度有關(guān)，這對(duì)電化學(xué)石墨材料的磨損率影響很大。

在磨合過程中，摩擦系數(shù)和磨損率隨著表面光潔度的提高而降低。 對(duì)于拋光表面，磨合過程中摩擦表面的磨損率僅稍高一些。 磨合操作完成后，磨損率達(dá)到恒定值。 對(duì)于過于粗糙的加工表面，長(zhǎng)期磨損率總是很高，即無法磨合，石墨材料不斷被粗糙金屬表面的凸點(diǎn)切削、刮削。 因此，石墨材料不允許沿著粗糙的金屬加工表面滑動(dòng)。

總之，如果摩擦副材料選擇正確，裝配結(jié)構(gòu)和摩擦面加工正確，磨合狀況良好，就能保證碳石墨零件長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行。

10.3.2 形狀、尺寸及公差

碳和金屬的性能不同，因此在設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，往往不需要像金屬零件那樣嚴(yán)格。 碳零件本來就是消耗材料，不需要保持極其精細(xì)的公差。 但只有接合面的加工面（磨削面）的平面精度、直角精度，或者間隙的大小等重要部位才需要密切關(guān)注。 現(xiàn)將各種木炭產(chǎn)品舉例如下，供選購(gòu)時(shí)參考。

10.3.2.1 形狀

設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中應(yīng)避免的形狀如圖10-7所示。 應(yīng)避免圖中標(biāo)有“不”字樣的形狀，而最好標(biāo)有“能”字樣的形狀。 也就是說，我們力求避免內(nèi)孔復(fù)雜、壁薄、內(nèi)徑過小的長(zhǎng)突出部分以及尖角部分。

10.3.2.2 尺寸標(biāo)注方法

圖 10-8 顯示了設(shè)計(jì)圖紙上尺寸標(biāo)記的示例。 圖中顯示了模壓擠出制品（多為樹脂粘合）的制造方法、擠出制品的部分機(jī)械加工、以及制品的完整機(jī)械加工。 還顯示了加工產(chǎn)品的尺寸公差示例。

10.3.2.3 容差

加工過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)公差，過高和不合適的精度要求不僅難以達(dá)到，而且也不經(jīng)濟(jì)。

必須根據(jù)不同用途適當(dāng)確定加工公差。 表 10-17 和表 10-18 列出了公差示例。

對(duì)于碳軸承、碳制品間隙密封件等產(chǎn)品，除了碳制品本身的尺寸公差外，還必須確定與配合金屬的間隙問題。 碳材料的線膨脹系數(shù)遠(yuǎn)小于金屬，因此工作溫度下的熱間隙極小。 還必須確定常溫下的冷間隙（圖10-9）。 此外，化學(xué)上應(yīng)特別注意浸入碳中并導(dǎo)致其膨脹的液體（例如層間化合物的生成）。

碳與雙材料（金屬、無機(jī)材料）的滑動(dòng)接觸面必須根據(jù)其用途進(jìn)行高精度加工，使其具有所需的平面精度和光滑度。 其驗(yàn)證是使用單一光源照射下的光學(xué)平面晶體（光學(xué)平面樣品）進(jìn)行測(cè)量。 同時(shí)，在普通拋光、超精拋光等拋光方法的使用中，根據(jù)所用材料和用途規(guī)范加工條件。

滑動(dòng)接觸面的光滑度可用 ()表面檢查機(jī)測(cè)量5000次，次，次，觸針：金剛石2.5μR，測(cè)量力0.lgr，測(cè)量方向?yàn)镃方向。