聚四氟乙烯材料零件车削加工方法探索

白宝州 王克强 杨庆辉



聚四氟乙烯材料零件车削加工方法探索

白宝州 王克强 杨庆辉

（中国工程物理研究院 四川绵阳 621900）

针对薄壁聚四氟乙烯零件的特征，研究了温升变化、工艺参数对其加工变形的影响，摸索出一个较为稳定的加工方法，保证了零件的尺寸精度及形状精度，提高了生产效率，为该类零件以后的加工提供了参考。

聚四氟乙烯 车削 加工方法

聚四氟乙烯俗称“塑料王”，是一种耐高温、耐腐蚀的特种工程塑料，具有优良的电绝缘性、耐老化性能，以及吸水性小、摩擦系数低、自身润滑摩擦性能优异等特点，几乎能耐所有化学药品的腐蚀，可在-180～250℃条件下长期使用，广泛应用在化学化工和航空航天工业上。但由于强度低、刚性差、冷流性大、不能注射成型，需烧结成型。对于单件小批量这类零件的需求，一般需选用普通车床车削加工而成，材料毛坯一般选用外购成型的板材或棒材。

1 零件结构工艺分析

图1 零件结构图

由于聚四氟乙烯材料的线膨胀系数为10×10-5（1/℃），且热传导性差，冷却液难以充分将工件热量带走，连续加工存在一个较大的温升趋势，实际上工件温度每升高10℃，工件热膨胀将增大0.21mm，已超出零件公差要求，当工件达到这样的膨胀量时，对车削工件端面将会产生更大影响。由于工件被夹持，因此向外膨胀受到限制，变形只有向内凹或向外弧形鼓出，其数量最大可达到几毫米，端面车削后将会出现一个中间变厚的趋势。因此加工该材料零件，需严格控制温升，控制温度的措施除了外界冷却外，主要是由切削参数决定。

零件加工难点主要是薄壁非金属零件车削加工受温度变化影响较大，加工该零件，需解决好以下几点：（1）如何选择适合的温度环境进行加工；（2）如何选择适合的刀具及切削参数；（3）如何选择合理的工艺路线及工装。

2 加工工艺试验

后来在加工中采用了控制刀具、切削参数以及充分冷却等降低温升的措施，但仍不足以抵消切削过程自身发热的变形影响，工件不能最低限度满足车削要求。加工的工件检测结果仍为：内底面平面度，外底面平面度，与前述超差的数据相差不大，均为外凸超差，底板厚度仍不能满足图纸的要求；在控制内径尺寸的加工中已按上偏差要求，但加工后仍超差，原因主要还是由工件的圆度和锥度误差引起工件尺寸的超差。工艺试验验证了工艺分析的变形趋势。

工件到最后精车时，刚性太弱，即使很小的夹紧力，也会产生较大的夹持变形。要想避免这些因素的影响，还应减小装夹变形，对热变形进行释放，减小环境温度变化对加工尺寸的影响。

3 工艺措施

通过对变形原因的分析，须采用合理的工艺措施释放变形，稳定加工环境的温度，在刀具上增大刀具的前角和后角，使刀尖更加锋利，减少切削力。在切削参数上，减小吃刀深度，适当增大走刀量，减小一次走刀过程的发热量，新制定的工艺路线为：粗车外圆→粗车内型面→车工艺夹头→精车内型面→车另一端面→粗车内型面→车成。新方案加工示意图如图2、图3所示。

内型面精车，采用夹持工艺夹头，工件紧贴三爪卡盘，车削工件端面外圈时热胀变形为自由状态，以降低对内端面的影响，内孔加工未受三爪直接夹持，装夹变形大幅减小，加工时考虑热胀影响，仍按上偏差尺寸控制，适当预留热胀后回缩量。

图2 内型面加工示意图

外圆及端面加工采用芯轴装夹的型式，工件内孔加工好后，按内孔配制过盈芯轴，配合过盈量根据工艺试验热胀情况控制在0.1～0.15 mm之间，通过预变形抵消工件的热胀变形，过盈装配后，工件不需要夹紧，夹紧过盈芯轴即能加工，车削过程中，仍需控制温升，使工件始终处于拉紧状态，同时拉紧状态下避免工件端面的热胀变形。加工时采用先加工端面，后加工外圆，外圆精车后出现热胀变形，工件可轻松取下工装。加工过程在恒温20℃±2℃房间进行，避免环境温度不一致引起尺寸的变化。

图3 端面外圆加工示意图

4 结语

工件按以上加工工艺加工完毕，达到了理想的效果，内径尺寸普遍控制在Ф203.05～Ф203.13mm之间，底面平面度未超过0.15 mm。在非金属材料聚四氟乙烯的加工中，通过优化切削参数、控制温升、采用过盈工装预变形处理，可以大幅减小该材料车削加工中的热变形影响。使该类零件的批量加工得到了质量保证，同时该加工方法还有利于提高生产效率。

[1] 徐灏.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,1991,9.

[2] 张耀寰.机械加工工艺设计手册[M].北京:航空工业出版社,1987,12.

[3] 孟少农.机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社,1992,1.