聚四氟乙烯材料零件車削加工方法探索

白寶州 王克強(qiáng) 楊慶輝

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聚四氟乙烯材料零件車削加工方法探索

白寶州 王克強(qiáng) 楊慶輝

（中國工程物理研究院 四川綿陽 621900）

針對薄壁聚四氟乙烯零件的特征，研究了溫升變化、工藝參數(shù)對其加工變形的影響，摸索出一個較為穩(wěn)定的加工方法，保證了零件的尺寸精度及形狀精度，提高了生產(chǎn)效率，為該類零件以后的加工提供了參考。

聚四氟乙烯 車削 加工方法

聚四氟乙烯俗稱“塑料王”，是一種耐高溫、耐腐蝕的特種工程塑料，具有優(yōu)良的電絕緣性、耐老化性能，以及吸水性小、摩擦系數(shù)低、自身潤滑摩擦性能優(yōu)異等特點(diǎn)，幾乎能耐所有化學(xué)藥品的腐蝕，可在-180～250℃條件下長期使用，廣泛應(yīng)用在化學(xué)化工和航空航天工業(yè)上。但由于強(qiáng)度低、剛性差、冷流性大、不能注射成型，需燒結(jié)成型。對于單件小批量這類零件的需求，一般需選用普通車床車削加工而成，材料毛坯一般選用外購成型的板材或棒材。

1 零件結(jié)構(gòu)工藝分析

圖1 零件結(jié)構(gòu)圖

由于聚四氟乙烯材料的線膨脹系數(shù)為10×10-5（1/℃），且熱傳導(dǎo)性差，冷卻液難以充分將工件熱量帶走，連續(xù)加工存在一個較大的溫升趨勢，實(shí)際上工件溫度每升高10℃，工件熱膨脹將增大0.21mm，已超出零件公差要求，當(dāng)工件達(dá)到這樣的膨脹量時，對車削工件端面將會產(chǎn)生更大影響。由于工件被夾持，因此向外膨脹受到限制，變形只有向內(nèi)凹或向外弧形鼓出，其數(shù)量最大可達(dá)到幾毫米，端面車削后將會出現(xiàn)一個中間變厚的趨勢。因此加工該材料零件，需嚴(yán)格控制溫升，控制溫度的措施除了外界冷卻外，主要是由切削參數(shù)決定。

零件加工難點(diǎn)主要是薄壁非金屬零件車削加工受溫度變化影響較大，加工該零件，需解決好以下幾點(diǎn)：（1）如何選擇適合的溫度環(huán)境進(jìn)行加工；（2）如何選擇適合的刀具及切削參數(shù)；（3）如何選擇合理的工藝路線及工裝。

2 加工工藝試驗(yàn)

后來在加工中采用了控制刀具、切削參數(shù)以及充分冷卻等降低溫升的措施，但仍不足以抵消切削過程自身發(fā)熱的變形影響，工件不能最低限度滿足車削要求。加工的工件檢測結(jié)果仍為：內(nèi)底面平面度，外底面平面度，與前述超差的數(shù)據(jù)相差不大，均為外凸超差，底板厚度仍不能滿足圖紙的要求；在控制內(nèi)徑尺寸的加工中已按上偏差要求，但加工后仍超差，原因主要還是由工件的圓度和錐度誤差引起工件尺寸的超差。工藝試驗(yàn)驗(yàn)證了工藝分析的變形趨勢。

工件到最后精車時，剛性太弱，即使很小的夾緊力，也會產(chǎn)生較大的夾持變形。要想避免這些因素的影響，還應(yīng)減小裝夾變形，對熱變形進(jìn)行釋放，減小環(huán)境溫度變化對加工尺寸的影響。

3 工藝措施

通過對變形原因的分析，須采用合理的工藝措施釋放變形，穩(wěn)定加工環(huán)境的溫度，在刀具上增大刀具的前角和后角，使刀尖更加鋒利，減少切削力。在切削參數(shù)上，減小吃刀深度，適當(dāng)增大走刀量，減小一次走刀過程的發(fā)熱量，新制定的工藝路線為：粗車外圓→粗車內(nèi)型面→車工藝夾頭→精車內(nèi)型面→車另一端面→粗車內(nèi)型面→車成。新方案加工示意圖如圖2、圖3所示。

內(nèi)型面精車，采用夾持工藝夾頭，工件緊貼三爪卡盤，車削工件端面外圈時熱脹變形為自由狀態(tài)，以降低對內(nèi)端面的影響，內(nèi)孔加工未受三爪直接夾持，裝夾變形大幅減小，加工時考慮熱脹影響，仍按上偏差尺寸控制，適當(dāng)預(yù)留熱脹后回縮量。

圖2 內(nèi)型面加工示意圖

外圓及端面加工采用芯軸裝夾的型式，工件內(nèi)孔加工好后，按內(nèi)孔配制過盈芯軸，配合過盈量根據(jù)工藝試驗(yàn)熱脹情況控制在0.1～0.15 mm之間，通過預(yù)變形抵消工件的熱脹變形，過盈裝配后，工件不需要夾緊，夾緊過盈芯軸即能加工，車削過程中，仍需控制溫升，使工件始終處于拉緊狀態(tài)，同時拉緊狀態(tài)下避免工件端面的熱脹變形。加工時采用先加工端面，后加工外圓，外圓精車后出現(xiàn)熱脹變形，工件可輕松取下工裝。加工過程在恒溫20℃±2℃房間進(jìn)行，避免環(huán)境溫度不一致引起尺寸的變化。

圖3 端面外圓加工示意圖

4 結(jié)語

工件按以上加工工藝加工完畢，達(dá)到了理想的效果，內(nèi)徑尺寸普遍控制在Ф203.05～Ф203.13mm之間，底面平面度未超過0.15 mm。在非金屬材料聚四氟乙烯的加工中，通過優(yōu)化切削參數(shù)、控制溫升、采用過盈工裝預(yù)變形處理，可以大幅減小該材料車削加工中的熱變形影響。使該類零件的批量加工得到了質(zhì)量保證，同時該加工方法還有利于提高生產(chǎn)效率。

[1] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991,9.

[2] 張耀寰.機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)手冊[M].北京:航空工業(yè)出版社,1987,12.

[3] 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992,1.