10.3.1石墨零件設計時應注意的問題

碳石墨制品具有良好的機械加工性能，可加工成任何形狀的制品。

然而，簡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械零件的可靠性和性能。 因此，設計者應考慮石墨材料的特性，特別注意它是一種脆性材料，在失效前基本不發生塑性變形。

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

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

從這里我們可以看出應力集中點——表面易破損區域、材料內部結構不均勻、大孔隙和細裂紋等因素對產品強度的影響。

考慮到上述問題，設計時應注意以下幾點：

(1) 碳石墨零件只能在壓力和單獨的彎曲載荷下使用。

(2)設計時，計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，因為機器在運行過程中可能會產生位移或歪斜，導致零件實際承受的壓力高于碳石墨材料允許的單位壓力。計算出的壓力。 。

(3)碳石墨零件外觀應盡可能簡單，不應有應力集中點。 因此，必須研究邊緣處的倒角和截面突變的結構形式。

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

(4)碳石墨材料的線膨脹系數遠低于金屬。 因此，應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致碳石墨零件在工作中損壞。

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

圖10-7是由碳石墨材料制成的零件的正確和錯誤結構示例。 工作時，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，應考慮磨削面的工作條件，首先是工作介質和溫度。 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構，使其能夠承受一定的壓應力。

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

摩擦表面的質量對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和表面加工質量。 摩擦系數和磨損率與石墨零件接觸的金屬表面的粗糙度有關，這對電化學石墨材料的磨損率影響很大。

在磨合過程中，摩擦系數和磨損率隨著表面光潔度的提高而降低。 對于拋光表面，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，磨損率達到恒定值。 對于過于粗糙的加工表面，長期磨損率總是很高，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。

總之，如果摩擦副材料選擇正確，裝配結構和摩擦面加工正確，磨合狀況良好，就能保證碳石墨零件長期可靠的運行。

10.3.2 形狀、尺寸及公差

碳和金屬的性能不同，因此在設計機械零件時，往往不需要像金屬零件那樣嚴格。 碳零件本來就是消耗材料，不需要保持極其精細的公差。 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注。 現將各種木炭產品舉例如下，供選購時參考。

10.3.2.1 形狀

設計和生產中應避免的形狀如圖10-7所示。 應避免圖中標有“不”字樣的形狀，而最好標有“能”字樣的形狀。 也就是說，我們力求避免內孔復雜、壁薄、內徑過小的長突出部分以及尖角部分。

10.3.2.2 尺寸標注方法

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

10.3.2.3 容差

加工過程中不可避免地會出現公差，過高和不合適的精度要求不僅難以達到，而且也不經濟。

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

對于碳軸承、碳制品間隙密封件等產品，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遠小于金屬，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，化學上應特別注意浸入碳中并導致其膨脹的液體（例如層間化合物的生成）。

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

滑動接觸面的光滑度可用 ()表面檢查機測量5000次，次，次，觸針：金剛石2.5μR，測量力0.lgr，測量方向為C方向。