化工制品聚四氟乙烯的车削加工方法探讨

1.车削工程塑料类工件

塑料是以合成树脂为主要成分，加入增强剂（填料）和添加剂，在加热加压条件下制成的高分子有机材料，具有质轻、绝缘、耐磨、耐蚀和成形工艺简单等特点。

在现代工艺中，塑料正日益广泛地代替金属材料，对于结构简单的零件，它能直接成形，当需要加工时，也可以和金属材料一样在机床上进行切削。

塑料的不足之处是耐热性差，一般情况下只能在80～100℃的温度下工作；热胀系数大，切削过程中如果冷却不当，会引起尺寸变化较大的情况；导热性差，加工中切削区内的热量不易传出，易造成切削温度升高而加快刀具磨损，并且易产生老化现象。

下面以聚四氟乙烯的加工为例，介绍工程塑料类工件的加工方法。

聚四氟乙烯俗称塑料王，其特性是耐蚀、绝缘、减摩、自润性好，适用于-150～250℃的温度范围。

聚四氟乙烯加工时的切削力小，线胀系数大，约是钢线胀系数的10倍。由于聚四氟乙烯是一种热塑性材料，其在加热时会变软甚至被融化，冷却后又变硬，耐热性和刚性较低。所以，它的切削温度比金属材料的切削温度要低，加工尺寸精度受环境温度的影响较大。这样，切削该材料前，必须对毛坯进行有效的固化处理，以稳定尺寸精度。例如，某单位在加工一批聚四氟乙烯材料杆座工件时，图样中设计的杆座外径为ϕ（45±0.05）mm，车削时的室温为30～35℃，工件加工后的实测外径在ϕ（45±0.3）mm以内。但该产品在质量检验时的室温是20～25℃（比车削时的室温低10℃），结果检测出的工件外径为ϕ45^-0.10_-0.15mm，因此全部产品超差报废。后来，该单位采用在切削前，用高于工件使用温度30～50℃，固化时间24h以上的工艺条件，对毛坯进行固化热处理，保证了产品质量。

车削聚四氟乙烯材料时，刀具材料、刀具角度和切削液对工件的表面粗糙度及加工精度的影响也比较大。刀具材料选用YG6或T8A较好。刀具前角一般为15°～25°，后角一般在25°左右，卷屑槽R≈5～10mm的效果较好。

车削过程中合理地使用切削液，可改善表面质量。车削聚四氟乙烯材料时，切削液可采用以下配方：5%的乳化液+92%的水+3%的酒精。加入酒精可以增加切削液的热导率和汽化速度。

车削聚四氟乙烯管类工件时，由于其强度和刚度差，在装夹力、切削力和切削热等因素的作用下，极易产生变形，从而大大影响工件的尺寸精度和形状精度。

图6-71所示是开口胎模，适合装夹塑料管类工件。使用图6-71a所示的胎模时，自定心卡盘的卡爪夹持开口胎模的外圆ϕD，卡爪端面与A面贴紧后即可进行车削。为了具有一定的弹性，必须在胎模轴向开一个通槽，并经热处理淬火。胎模壁厚根据工件直径的大小确定，一般为2～4mm；内孔尺寸ϕd一般比工件直径大0.1mm；槽宽Z一般与壁厚尺寸相同。为了装夹工件方便，开口胎模的孔口处应适当做出倒角或圆角（图中未画出）。ϕD、L及l可根据实际需要而定。使用该开口胎模，既解决了夹紧时夹紧力不易控制的问题，又解决了车削后工件变形的问题。

图6-71 开口胎模

a）形式Ⅰ b）形式Ⅱ

另外，切削温度对聚四氟乙烯制品加工质量的影响也比较大。切削温度超过260℃，车削时会出现粘刀现象，所以加工时的主轴转速不宜过高。

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图6-72 车削尼龙管件外圆时的装夹方法

2.车削尼龙类工件

尼龙也属于热塑性材料，它的塑性大、熔点低，车削中同样存在容易变形等问题，而给加工带来了困难。

（1）工件的装夹 车削尼龙管件外圆时，为了防止变形，可采用图6-72所示的方法（与图6-60相似）。以木质心轴支承已加工好的内孔，加工前先在木质心轴两端面的两块薄铁皮上部钻出中心孔，用车床前、后顶尖顶住中心孔，并使铁钉与拨盘接触，带动工件转动车出木质心轴的外圆尺寸。该外圆尺寸比尼龙工件的内孔尺寸大0.3～0.5mm，然后使用砂纸打出木质心轴的斜度，最后以尼龙工件轻推套入为宜，避免压入过紧而产生预套应力。工件应全部套在木质心轴上，防止其悬出心轴外面而造成加工后变形。

车削较长尼龙管件的外圆时，还可采用图6-73所示的方法。左端工艺卡头夹紧在自定心卡盘内，右端工艺卡头通过尾座支承好。工艺卡头外径D=d+0.2～0.3mm（d为尼龙管件内径），并应略带斜度，以保证工件压入后不至于打滑。

图6-73 装夹较长尼龙管件车削外圆

若尼龙管件同时需要车削内圆和外圆，则装夹时可采用图6-74所示的方法。在工件装夹处孔内放进一个金属环，这样就增加了尼龙工件的刚性，解决了工件不易夹紧和夹持变形的问题。

以上装夹方法在加工其他塑料类工件时也可使用。

（2）刀具参数和切削用量 车削尼龙类制品时，由于材料的塑性大，不容易断屑而使切屑缠绕在刀具上，尤其是在车削孔类工件，切削到内孔深处时，断屑困难往往会影响车削工作的正常进行。针对以上问题，某厂对尼龙材料粗车深孔时，采用了减小刀具横截面积，增长刀具悬出长度的方法（图6-75），以使刀具的刚性适当降低，迫使切削过程中产生自激微振而生成粒状切屑，达到断屑和利于排屑的目的。

只有合理选择车孔刀的几何参数和切削用量，才能对刀具产生的切削微振有着明显作用。实践证明，车孔刀的前角γ_o=4°～5°，后角α_o=5°～6°，主偏角κ_r=15°～20°时，效果最为理想。切削用量为：车床主轴转速n=1000～1500r/min，进给量f=0.5～0.8mm/r，背吃刀量a_p=5～20mm。使用高速工具钢刀具，刀具材料尺寸为10mm×10mm×（200～250）mm。

图6-74 装夹尼龙管件车削内、外圆

图6-75 增长车孔刀悬出长度