關于提高聚四氟乙烯材料切削加工質量的研究

【摘要】針對聚四氟乙烯材料在機械加工中的切削力小、導熱系數低、熱膨脹系數較大、熔點低的工藝特點，研究了聚四氟乙烯材料在幾種常用機械加工工藝中出現的難點及問題，提出了能有效提高聚四氟乙烯乙烯材料切削加工質量的方法。

【關鍵詞】聚四氟乙烯；機械加工；切削方法

聚四氟乙烯（Polyterafluoroethlene，簡稱PTFE），由于其良好的化學穩定性，耐腐蝕性、密封性，阻燃性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化耐力等特性，在在石油化工、電子電氣、軍工、航空、航天、機械等多領域得以廣泛應用[1]。通常情況下，聚四氟乙烯材料的切削加工可在常用的金屬切削機床上進行，但與金屬材料切削加工相比，其加工規範性還不是很完善，它的可切削性、切削規律、刀具結構和切削量均與金屬材料的加工有所不同，采用用傳統的加工工藝和工裝加工往往達不到産品的設計精度要求。本文主要針對聚四氟乙烯乙烯材料性能特點，對聚四氟乙烯材料的切削加工特點及其改善措施進行了研究探讨。

1.聚四氟乙烯材料切削工藝特點及切削參數的選取

聚四氟乙烯材料的剛度、硬度、強度都相對較小，其拉伸強度為21-28MPa，彎曲強度為11-14MPa，伸長率為250%-300%。在應力長期作用下會變形，過載時容易出現蠕變現象。由于聚四氟乙烯以上性能特點，就導緻其在切削加工時具有獨特的工藝特點。

1.1 聚四氟乙烯材料的切削工藝特點

（1）切削力小。由于聚四氟乙烯剛度、強度、硬度均較低，在相同的切削條件下，切削45鋼的主切削力是切削聚四氟乙烯材料的14-20倍[2]。

（2）聚四氟乙烯材料具有較小的導熱系數，僅為0.27W/M·K-1，加之較低的耐熱溫度，其最高耐熱溫度僅為250℃。若切削量過大、切削速度較高，工件的切削溫度則會升高，會使聚四氟乙烯材料發生軟化，甚至出現熔化、焦化和“粘刀”現象。

（3）聚四氟乙烯具有較大的熱膨脹系數，因此聚四氟乙烯材料在切削過程中會因摩擦産生較大的熱量，容易刀具和工件的局部過熱，從而導緻聚四氟乙烯工件受熱發生彈性變形，最終影響聚四氟乙烯材料工件的表面質量和尺寸精度。

（4）相對于金屬材料，聚四氟乙烯的彈性模量很低，當切削加工進給量過大或轉速過快時，較大的加工摩擦力以及刀具施加給工件的力共同作用，導緻聚四氟乙烯工件産生較大的變形，從而影響聚四氟乙烯工件的加工精度。

1.2 聚四氟乙烯材料切削參數的合理選取

（1）刀具材料的選擇

聚四氟乙烯材料在切削時，刀具材料一般為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼等。相對于刀具而言，工件材料的硬度較低，因此刀具的硬度對于聚四氟乙烯材料工件的加工質量影響不大。

（2）刀具的幾何參數

刀具前角：對于聚四氟乙烯材料，由于工件材料強度、硬度較低，應選取相對較大的前角，從而減小切削力并降低切削熱。

刀具後角：聚四氟乙烯材料硬度、強度低，塑性越大，因此在機械加工時應選擇較大的後角，從而減小刀具和聚四氟乙烯工件之間的摩擦力，進而降低工件的局部過熱現象，提高工件表面的加工質量。

（3）切削參數的選取

由于聚四氟乙烯材料強度低、硬度小，相對于金屬制品而言，在切削加工時可以選擇相對較大的切削量和較高的切削速度，但聚四氟乙烯的導熱系數低，且具有較高的熱膨脹系數大，在較大的進給量和較高的切削速度下又容易發生局部過熱引起的變形、焦化等現象。因此為了提高聚四氟乙烯材料的加工質量及加工精度，在保證一定加工效率的前提下，應盡量選取較小的切削量和較低的切削速度。

（4）其他措施

聚四氟乙烯材料在切削加工過程中，由于工件材質較軟，在較大的夾持力下，工件容易發生變形，影響加工精度，因此其夾持力不易過大。與此同時，聚四氟乙烯工件在切削加工時需要及時進行去屑工作，通過增加斷屑槽等措施，使切屑能及時排出。

2.聚四氟乙烯在常見切削加工過程中出現的問題及改善措施

2.1 聚四氟乙烯車削加工

氟乙烯材聚四料在車削加工時，外徑尺寸和内、外圓橢圓度以及内外圓錐度的變化較大，且沒有規律。因此在車削加工過程中，工件在粗加工時，前角應取大些，從而降低切削力，防止工件産生彈性變形；精加工時，可取較小的前角，改善刀具散熱條件，降低切削溫度。

2.2 聚四氟乙烯鑽削加工

聚四氟乙烯材料在鑽削加工時，最大的問題在于如何及時的去屑。通常情況下，可采取以下措施：

（1）使用小螺旋角和具有容屑槽的鑽頭，利于切屑排除；

（2）盡量降低鑽頭轉速，在保證鑽削效率的前提下選取較低的進給量，同時采用多次退刀的方式保證及時去屑，從而提高鑽削加工的表面質量和加工精度。

一般鑽頭刃磨後的螺旋角約為10o～15o，後角為9o～20o，鑽頭錐角為60o～120o，采用的鑽速不僅與被鑽材料有關，而且與鑽孔的大小和鑽孔深度有關，一般手電鑽鑽速為900r/min時效果最佳，而固定式台鑽則在轉速為2100r/min和進給量為1.3mm/s時效果最佳。[3]

2.3 聚四氟乙烯銑削加工

聚四氟乙烯材料在進行銑削加工時，銑刀的前角應比銑削金屬的前角大些，銑削的前角應大于6o（一般在6o～15o）。銑刀的後角同樣應比銑削金屬時的後角大，後角應大于10o（一般在15o～30o）。銑削加工時的切削速度應控制在（180-300）mm/min範圍内，進刀量采用（0.05-0.13）mm/r，吃刀量約為0.1mm/s，表面粗糙度值随進給量減小而降低。在生産中建議采用側銑法，可避免工件燒傷。此外聚四氟乙烯材料在粗加工時，應選擇強度高、制造簡單的直線齒背式銑刀；進行精加工時應選擇強度較小，但容屑空間大的折線齒背式銑刀。

3.總結

綜上所述，聚四氟乙烯具有強度低、硬度小、熱傳導性較差、熱膨脹系數高等特性。聚四氟乙烯材料在切削加工時，應根據工件材料的性能及加工條件、加工質量要求，選擇合适的刀具、确定合理的切削參數，考慮适當的加工餘量，并供給充足冷卻裝置（一般用壓縮空氣進行風冷），均可獲得具有較高加工質量和加工精度。

參考文獻

[1]鮑秀森.聚四氟乙烯的切削加工[J].1999（5）.

[2]杜蘭萍.塑料的切削加工[J].機械工程師，1999（10）.

[3]趙祖虎.複合材料的加工技術簡介[J].航天返回與遙感，1997（01）.

作者簡介：

蔣麗飛（1961—），女，陝西西安人，工程師，主要從事機械加工質量管理工作。

肖雅文（1986—），女，陝西寶雞人，助理工程師，主要從事機械加工質量管理工作。