对位聚苯材质应用加工探讨

西安泵阀总厂有限公司(陕西 710025）丁 勃 张二龙

对位聚苯材料的性能大大优于聚四氟乙烯制品，其使用寿命可比后者提高3～4倍，是冶金、化工、化肥、印染、机械、造纸、纺织、轻工等行业较为理想的耐磨密封材料。

对位聚苯也称为聚苯撑，是以苯环为链接的高聚物。其耐高温性好，可用于火箭发动机部件和宇宙航行;其热稳定性好，可制作高温轴承材料;其耐腐蚀性好，可用作腐蚀环境和工作条件恶劣的轴承和化工设备;其自润滑性能优于二硫化钼和石墨以及其他填充聚苯四氟乙烯的制品，可用来制作无油润滑密封环、填料、活塞环等;其耐化学腐蚀及抗溶剂性能强，迄今为止，在世界上尚未找到一种能使聚苯溶解的溶剂，硫酸氢氟酸等强酸及强碱均不能使之腐蚀。对位聚苯刚性大，分子链很规整，呈不熔不溶性，所以自身加工成型困难，需填充其他材料共混使用。

在高温炉中烧“聚苯”粉末，于520℃开始分解，无熔点。在450℃长期加热灼烧微有失重，是一种可在400℃以下长期使用的工程塑料。

对位聚苯材料耐辐射，在钴源 (Co60)照射下，可接受9×106拉特吸收剂量而性能不变。

我们在加工对位聚苯材质小零件时没有遇到什么问题，但在加工对位聚苯材质大尺寸套筒类零件(长度173mm、孔径 φ115H6、外圆 φ140.75mm时，发现刀具磨损特别严重，并且加工好的零件收缩严重，外圆、内孔尺寸变小0.10～0.20mm。

通过分析发现，对位聚苯在切削时有以下特点:

(1)切削力大、导热性和耐热性差。对位聚苯的硬度高，切削力大。由于它的导热系数小，因此不能采用较高的切削速度，以防止软化、粘刀而影响工件表面质量。

(2)由于对位聚苯的弹性模量小，弹性恢复大，回弹性强，所以尺寸精度不易控制。对位聚苯是由多种成分组成的，组织极不均匀，所以在切削时刀具刃口要锋利、耐磨。

(3)刀具磨损严重，切削时易脆性开裂。对位聚苯难于切削，在切削时刀具很快被磨损，从而失去切削能力。刀具磨钝后，在切削力作用下，挤压作用大，切入切出处易发生开裂和崩边。

(4)热膨胀系数大。对位聚苯的热膨胀系数是一般金属的10多倍，影响尺寸的稳定性，给切削加工带来很大的困难。

针对以上问题，在加工对位聚苯材质大尺寸套筒类零件时进行了反复试验，采用了YG8、YG6、YG6X硬质合金机加成形刀，同时也注意到了在使用定尺寸刀具时，应考虑其热胀冷缩的变化规律，室温不同则影响不同，最后发现硬质合金机加成形刀车削对位聚苯材质是最适合的，在使用了硬质合金机加成形刀后上述现象明显得到改善，而且刀具几乎不磨损。

在尺寸稳定性方面，分析了以下因素:其一是加工时对位聚苯耐磨性太强，在刀具切削挤压过程中产生的应力特别大，而且切削完成后应力不能充分释放，导致尺寸变化;其二是对位聚苯的弹性模量小，弹性恢复大，回弹性强，导致尺寸精度不易控制。对这一加工问题进行了多次试验分析。

(1)最初加工这一套筒时采用的加工顺序是先加工外圆，再加工内孔，最后切断。车削时刀具硬挤压工件在工件上产生压应力，先加工外圆后加工内孔，两次的压应力反向会抵消一部分，但最终表现在工件上仍然是压应力，工件放置一定时间这一压应力要释放，导致工件收缩、变小。

(2)切削用量的选择。经过多次试验，采用硬质合金机加成形刀车削对位聚苯的切削速度vc=40～80m/min，背吃刀量ap=0.1～4mm，进给量f=0.2～0.5mm/r最为合适。

(3)将工件分4～5次加工成活，每次只加工0.50mm，而且孔与外圆车削交替进行，每次车削后记录尺寸，放置一天测量尺寸，一周后再测量尺寸;然后继续加工，再记录尺寸，放置一天测量尺寸，一周后再测量尺寸，然后继续加工，如此反复5次。最后发现加工完成放置一天试验工件 (长度173mm、孔径φ115H6、外圆φ140.75+0.025+0.010)回弹量在0.05～0.08mm各处不等，放置一周的回弹量在0.01～0.03mm依然各处不等 (这些试验都是在解决了刀具问题后进行的)。

(4)使用切削液要慎重。在试验中还发现，因为对位聚苯有吸入切削液的可能，会影响材料的使用性能，所以切削液选择最好不考虑。

经过综合分析，最终采用如下方案:

(1)切削刀具更换成耐磨性强的硬质合金机加成形刀。

(2)工件粗加工完成后留出7天回弹时间，让工件回弹充分，再进行精加工。精加工时根据最少回弹量在设计尺寸上放大0.12mm，充分考虑回弹量。一般充分回弹后可满足设计要求。