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        聚四氟乙烯材料零件車削加工方法探索

        2014-11-27 05:58:28白寶州王克強(qiáng)楊慶輝
        精密制造與自動(dòng)化 2014年4期
        關(guān)鍵詞:變形工藝

        白寶州 王克強(qiáng) 楊慶輝

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        聚四氟乙烯材料零件車削加工方法探索

        白寶州 王克強(qiáng) 楊慶輝

        (中國(guó)工程物理研究院 四川綿陽(yáng) 621900)

        針對(duì)薄壁聚四氟乙烯零件的特征,研究了溫升變化、工藝參數(shù)對(duì)其加工變形的影響,摸索出一個(gè)較為穩(wěn)定的加工方法,保證了零件的尺寸精度及形狀精度,提高了生產(chǎn)效率,為該類零件以后的加工提供了參考。

        聚四氟乙烯 車削 加工方法

        聚四氟乙烯俗稱“塑料王”,是一種耐高溫、耐腐蝕的特種工程塑料,具有優(yōu)良的電絕緣性、耐老化性能,以及吸水性小、摩擦系數(shù)低、自身潤(rùn)滑摩擦性能優(yōu)異等特點(diǎn),幾乎能耐所有化學(xué)藥品的腐蝕,可在-180~250℃條件下長(zhǎng)期使用,廣泛應(yīng)用在化學(xué)化工和航空航天工業(yè)上。但由于強(qiáng)度低、剛性差、冷流性大、不能注射成型,需燒結(jié)成型。對(duì)于單件小批量這類零件的需求,一般需選用普通車床車削加工而成,材料毛坯一般選用外購(gòu)成型的板材或棒材。

        1 零件結(jié)構(gòu)工藝分析

        圖1 零件結(jié)構(gòu)圖

        由于聚四氟乙烯材料的線膨脹系數(shù)為10×10-5(1/℃),且熱傳導(dǎo)性差,冷卻液難以充分將工件熱量帶走,連續(xù)加工存在一個(gè)較大的溫升趨勢(shì),實(shí)際上工件溫度每升高10℃,工件熱膨脹將增大0.21mm,已超出零件公差要求,當(dāng)工件達(dá)到這樣的膨脹量時(shí),對(duì)車削工件端面將會(huì)產(chǎn)生更大影響。由于工件被夾持,因此向外膨脹受到限制,變形只有向內(nèi)凹或向外弧形鼓出,其數(shù)量最大可達(dá)到幾毫米,端面車削后將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)中間變厚的趨勢(shì)。因此加工該材料零件,需嚴(yán)格控制溫升,控制溫度的措施除了外界冷卻外,主要是由切削參數(shù)決定。

        零件加工難點(diǎn)主要是薄壁非金屬零件車削加工受溫度變化影響較大,加工該零件,需解決好以下幾點(diǎn):(1)如何選擇適合的溫度環(huán)境進(jìn)行加工;(2)如何選擇適合的刀具及切削參數(shù);(3)如何選擇合理的工藝路線及工裝。

        2 加工工藝試驗(yàn)

        后來(lái)在加工中采用了控制刀具、切削參數(shù)以及充分冷卻等降低溫升的措施,但仍不足以抵消切削過(guò)程自身發(fā)熱的變形影響,工件不能最低限度滿足車削要求。加工的工件檢測(cè)結(jié)果仍為:內(nèi)底面平面度,外底面平面度,與前述超差的數(shù)據(jù)相差不大,均為外凸超差,底板厚度仍不能滿足圖紙的要求;在控制內(nèi)徑尺寸的加工中已按上偏差要求,但加工后仍超差,原因主要還是由工件的圓度和錐度誤差引起工件尺寸的超差。工藝試驗(yàn)驗(yàn)證了工藝分析的變形趨勢(shì)。

        工件到最后精車時(shí),剛性太弱,即使很小的夾緊力,也會(huì)產(chǎn)生較大的夾持變形。要想避免這些因素的影響,還應(yīng)減小裝夾變形,對(duì)熱變形進(jìn)行釋放,減小環(huán)境溫度變化對(duì)加工尺寸的影響。

        3 工藝措施

        通過(guò)對(duì)變形原因的分析,須采用合理的工藝措施釋放變形,穩(wěn)定加工環(huán)境的溫度,在刀具上增大刀具的前角和后角,使刀尖更加鋒利,減少切削力。在切削參數(shù)上,減小吃刀深度,適當(dāng)增大走刀量,減小一次走刀過(guò)程的發(fā)熱量,新制定的工藝路線為:粗車外圓→粗車內(nèi)型面→車工藝夾頭→精車內(nèi)型面→車另一端面→粗車內(nèi)型面→車成。新方案加工示意圖如圖2、圖3所示。

        內(nèi)型面精車,采用夾持工藝夾頭,工件緊貼三爪卡盤,車削工件端面外圈時(shí)熱脹變形為自由狀態(tài),以降低對(duì)內(nèi)端面的影響,內(nèi)孔加工未受三爪直接夾持,裝夾變形大幅減小,加工時(shí)考慮熱脹影響,仍按上偏差尺寸控制,適當(dāng)預(yù)留熱脹后回縮量。

        圖2 內(nèi)型面加工示意圖

        外圓及端面加工采用芯軸裝夾的型式,工件內(nèi)孔加工好后,按內(nèi)孔配制過(guò)盈芯軸,配合過(guò)盈量根據(jù)工藝試驗(yàn)熱脹情況控制在0.1~0.15 mm之間,通過(guò)預(yù)變形抵消工件的熱脹變形,過(guò)盈裝配后,工件不需要夾緊,夾緊過(guò)盈芯軸即能加工,車削過(guò)程中,仍需控制溫升,使工件始終處于拉緊狀態(tài),同時(shí)拉緊狀態(tài)下避免工件端面的熱脹變形。加工時(shí)采用先加工端面,后加工外圓,外圓精車后出現(xiàn)熱脹變形,工件可輕松取下工裝。加工過(guò)程在恒溫20℃±2℃房間進(jìn)行,避免環(huán)境溫度不一致引起尺寸的變化。

        圖3 端面外圓加工示意圖

        4 結(jié)語(yǔ)

        工件按以上加工工藝加工完畢,達(dá)到了理想的效果,內(nèi)徑尺寸普遍控制在Ф203.05~Ф203.13mm之間,底面平面度未超過(guò)0.15 mm。在非金屬材料聚四氟乙烯的加工中,通過(guò)優(yōu)化切削參數(shù)、控制溫升、采用過(guò)盈工裝預(yù)變形處理,可以大幅減小該材料車削加工中的熱變形影響。使該類零件的批量加工得到了質(zhì)量保證,同時(shí)該加工方法還有利于提高生產(chǎn)效率。

        [1] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991,9.

        [2] 張耀寰.機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:航空工業(yè)出版社,1987,12.

        [3] 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992,1.

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