聚四氟乙烯墊片車削方法探析

朱富軍，劉文宏，張寶良，楊振宇

（西安航天動力試驗技術(shù)研究所，西安710100）

1 引言

在航空航天領(lǐng)域，聚四氟乙烯墊片作為密封件廣泛用于閥門連接中，在氣體、液體介質(zhì)中起到防泄漏，強化密封效能。這些墊片包括平墊片、V 形墊片和球閥墊圈，其直徑從5～600mm，厚度0.3～4mm，尺寸公差在0.05～0.1mm，表面粗糙度Ra 為1.6μm，規(guī)格尺寸大小不一，其數(shù)量少，尺寸精度變化快等特點，不適合模壓成型，在時間上也很難滿足完成生產(chǎn)任務(wù)，而車削墊片則可以圖紙一到即可加工，周期短，成本低，節(jié)能降耗[1]。

聚四氟乙烯墊片采用了聚四氟乙烯棒料和板材料加工，由于原材料的性質(zhì)，其形狀大小不同，容易產(chǎn)生尺寸精度誤差和形狀精度誤差，為消除造成的誤差，根據(jù)其特點，用不同的方法去解決。

2 技術(shù)難點與切削參數(shù)

2.1 材料特性

由于聚四氟乙烯有良好的化學穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性、阻燃性、高潤滑不黏性、電絕緣性和良好的抗老化耐力等特點，能夠在－180~250℃的溫度下的任何種類化學介質(zhì)中長期使用，聚四氟乙烯的剛度、硬度、強度都比較小，聚四氟乙烯的有較大的線膨脹，其系數(shù)為（10～12）×10－5（1/℃），和較小的導熱系數(shù)，僅為0.27W/（m·K），彈性模量很低，當切削加工進給過大或轉(zhuǎn)速過快時，較大的加工摩擦力以及道具施加給工件的切削力共同作用，會產(chǎn)生較大的熱量，最終導致產(chǎn)品產(chǎn)生較大變形，影響產(chǎn)品的加工精度[2]。

2.2 刀具的刃磨

在加工墊片時，由于厚度比較薄，切刀的選擇最為關(guān)鍵，硬質(zhì)合金車刀比較鈍，易產(chǎn)生熱量，如果切削量過大，切削速度較高，攻堅的切削溫度升高，材料發(fā)生軟化就會產(chǎn)生粘刀，而且毛刺比較大。而高速鋼車刀刃磨性好，能使刀具刃口鋒利，易于車削。切刀卷斜槽的刃磨，如果不合適，會出現(xiàn)排屑不暢，甚至纏繞到工件和棒料之上，產(chǎn)生安全隱患，或者墊片表面有震紋，影響表面粗糙度。

根據(jù)聚四氟乙烯的特點，對于用棒料加工的墊片，切刀前角的大小直接影響切削效果，前角選大些可減小切削變形，降低切削溫度，減小刀具刃口鈍圓半徑，使刀刃鋒利，提高加工質(zhì)量。但前角太大，會削弱刀具強度，散熱條件變差，切削溫度反而升高，使刀具耐用度和零件加工質(zhì)量下降。通過切削試驗，前角應(yīng)刃磨γ=10°～15°，并磨出長度為墊片大徑與小徑之差的1/2 多3mm 的圓弧卷屑槽[即L=（D—d）/2+3（mm）]（見圖1）。這樣使切削出來切屑順利向后排出，不會纏繞到棒料與工件上。再用油石研磨出半徑為0.1 刀尖圓弧，刀尖圓弧過大，會增大切削力，墊片表面會產(chǎn)生震紋。刃磨切刀后角時，后刀面的光潔度至關(guān)重要，影響墊片的表面粗糙度，在刃磨前要把砂輪修正平穩(wěn)，不能有彈跳現(xiàn)象，否則刃磨出的刀刃在微觀上看是鋸齒狀，起伏不定。修整好砂輪后再刃磨后角α=6°～8°，減少刀具后刀面與工件的摩擦，減少熱量。對于用板料加工的墊片，尤其是直徑大于300mm 以上的墊片，切刀前角應(yīng)刃磨γ=-3°～-5°，長度比墊片厚度長3～5mm（見圖2），這樣不會影響切刀的剛性。如果切削大面積板料，使用圖1 的刀具，由于前角比較大，受離心力的影響容易發(fā)生拉伸斷裂，并產(chǎn)生扎刀，板料撕裂脫落[3]。

外圓刀與內(nèi)孔刀則要前角大些γ=10°～15°，可減小切削變形，減少切削熱的產(chǎn)生，降低溫度，后角取大值α=15°～30°,可減少刀具與工件表面的摩擦，并能使刀具刃口鈍圓半徑減小，忍口鋒利，易于切入工件，提高加工質(zhì)量。

圖1 棒料切刀

圖2 板料切刀

2.3 切削參數(shù)的選擇

由于聚四氟乙烯導熱系數(shù)低，熱膨脹系數(shù)大，使用的是高速鋼車刀，在加工中由于技術(shù)要求不能使用冷卻液降溫，條件限制沒有冷風降溫系統(tǒng)，在現(xiàn)有條件下，加工中切削速度不能太高，可根據(jù)工件直徑合理選擇。選擇范圍為切削速度70～225mm/min，走刀量0.05～0.25mm/r，切削深度0.12～3mm 為宜。外圓和內(nèi)孔粗車時選擇較大的走刀量0.25mm，較深的切削深度3mm，這樣可縮短加工時間。精車時為保證表面粗糙度走刀量可選0.05mm，切削深度為0.12～0.3mm，效果比較好。

3 加工方法

對于用棒料加工的墊片，為了減小墊片因受夾緊力的影響產(chǎn)生的尺寸誤差，首先用45 號鋼制作一個開口胎，內(nèi)孔直徑小于棒料直徑1mm，在胎具的外圓上開一條2mm 寬的開口，使圓棒料增大接觸面積，減少原材料受夾緊力的影響產(chǎn)生變形。先試車一件，切斷時要一次性切下，不能分粗精車，否則會受力不均勻產(chǎn)生變形，走刀量為0.05mm。切下后等待一個小時左右的時效處理，讓墊片與室溫相同，測量墊片尺寸。由于加工下來的墊片比較軟，不易測量，可加工一個與墊片內(nèi)孔尺寸公差相同的通止規(guī)，把墊片套在通規(guī)上進行測量尺寸，這樣既能保證尺寸，又便于測量。

對于用板料加工的墊片，直徑都比較大，可用一把切刀即可完成加工，在加工時用金屬堵頭把板料兩面頂緊，不可打滑，選擇尾座方向的堵頭時，要與墊片內(nèi)徑小約10mm，不能小太多，不然板料加工位置貼不緊，形成扎刀，由于直徑大，轉(zhuǎn)速選擇70～90r/min,走刀量為0.05mm，為防止有扎刀現(xiàn)象，影響工件表面不能使用，切削時拿一個干凈的毛刷在切刀位置上方輕輕地抵住墊片外側(cè)端面，直至脫落。

4 結(jié)語

通過對聚四氟乙烯棒料和板料使用合理的加工方法，在加工中遇到的受各種因素的影響產(chǎn)生的各種誤差，使大量不同規(guī)格的墊片生產(chǎn)中，解決了車床加工墊片尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度各種因素的影響，使產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，成本低，簡單易行，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，對加工聚四氟乙烯類墊片有一定的借鑒意義。