聚四氟乙烯薄壁噴口的加工

王方凱

（泰安技師學(xué)院，泰安 271000）

聚四氟乙烯薄壁噴口的加工

王方凱

（泰安技師學(xué)院，泰安 271000）

在高壓開關(guān)的零部件中，絕緣材料起到了至關(guān)重要的作用。其中，聚四氟乙烯比較常用，但加工難度比較大。通過不斷實(shí)踐摸索，相繼確定了聚四氟乙烯薄壁噴口的加工工藝、適用的刀具材料及切削參數(shù)等，且加工效果良好。

聚四氟乙烯 薄壁噴口 加工難點(diǎn)

1　聚四氟乙烯的特性分析和加工難點(diǎn)

1.1材料的優(yōu)點(diǎn)及用途

聚四氟乙烯俗稱“塑料王”，是由四氟乙烯聚合而成的高分子化合物，具有優(yōu)良的綜合性能，耐高低溫、耐腐蝕、不粘、自潤(rùn)滑、優(yōu)良的介電性能、很低的摩擦系數(shù)、耐磨、密封性良好、不水解、不便硬等優(yōu)良性能。

1.2材料的加工難點(diǎn)

在高壓電器中，聚四氟乙烯常用來加工墊片、導(dǎo)向環(huán)、套以及高壓斷路器的滅電弧裝置的噴口。雖然聚四氟乙烯優(yōu)點(diǎn)很多，但是在實(shí)際零件加工中存在很大的加工難度。在聚四氟乙烯材料零部件中，加工難度最大的是零件噴口（如圖1所示）。它是高壓斷路器滅弧裝置中控制電弧、創(chuàng)造高速氣吹條件的核心部件，直接影響高壓斷路器的開斷能力和使用壽命。實(shí)際生產(chǎn)中，噴口零件加工要求較高。一是該產(chǎn)品形狀復(fù)雜、尺寸公差要求很高，很多尺寸壁薄易變形。二是該產(chǎn)品受材料特點(diǎn)限制，剛性差，受氣溫、濕度等環(huán)境影響，公差變化明顯。三是零部件表面不能有任何油污，切削過程中不能加任何切削液。實(shí)際生產(chǎn)中，需要將聚四氟乙烯制成毛坯，企業(yè)中常規(guī)采用的是冷壓燒結(jié)的方法。要得到最終的成品，則需要再通過車削加工，以滿足所加工零件的技術(shù)要求。

圖1　噴口結(jié)構(gòu)示意圖

2　確定工藝，設(shè)計(jì)夾具

2.1夾具的設(shè)計(jì)

加工生產(chǎn)噴口必須有一副專用的夾具。通常的機(jī)床卡爪使用較長(zhǎng)時(shí)間后，裝夾精度難免降低，如“喇叭口”等，導(dǎo)致零件定位精度不高，同軸度難以保證。通過多次實(shí)踐，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，制作了一副在硬爪上焊接銅合金加工而成的專用軟卡爪。制作時(shí)，將軟、硬爪焊接在一起，從而解決了重新裝夾時(shí)的定位偏差和加工過程中的竄動(dòng)等問題，提高了定位精度。這樣一來，專爪專用，特別適用于這種單一品種的大批量生產(chǎn)。針對(duì)該零件易變形的特點(diǎn)，采用最大可能增加裝夾面積，使零件不易產(chǎn)生變形，較大提高了零件裝夾穩(wěn)定性。加工該噴口由兩道工序完成，一序采用普通硬爪裝夾一頭，車削出外圓、R3圓弧到M64螺紋C2倒角處，內(nèi)孔加工至10°與Φ23接刀處。二序卡爪采用軟爪，卡爪底部車出R3圓弧與零件R3圓弧處配合定位，內(nèi)孔車至裝夾Φ60處。制作的軟爪定位精準(zhǔn)，克服了零件易變形的特點(diǎn)，滿足了零件的技術(shù)要求。

2.2夾具的制作加工

制作上述軟爪時(shí)，首先硬爪要加工到符合要求的尺寸，并保證黃銅軟爪大小長(zhǎng)度合適。為便于焊接牢靠，可在硬爪與軟爪配合的地方留有坡口，使側(cè)面和端面都能焊接牢固。焊接好后，把卡爪裝上卡盤，取大小合適的粗定位棒在硬爪上進(jìn)行粗車。加工完成后，軟爪可夾持的直徑應(yīng)比零件尺寸大3～5mm。此時(shí)，施加適當(dāng)?shù)膴A緊力使用軟卡爪夾持住精定位棒料，夾緊力應(yīng)與裝夾零件的夾緊力一樣，精加出內(nèi)孔及R3圓弧。此時(shí)，軟爪裝夾面的直徑一般比零件直徑大0.05～0.1mm，而R3圓弧應(yīng)比零件尺寸小0.05～0.1mm，表面粗糙度要求為1.6。這樣，不僅能保證零件的同軸度要求，也能更好地保證零件的裝夾穩(wěn)定性。

3　刀具材料的選擇及幾何參數(shù)的確定

3.1刀具材料的選擇

實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，使用高速鋼和硬質(zhì)合金兩種常用車刀材料對(duì)聚四氟乙烯進(jìn)行試車加工。在確認(rèn)兩套刀具角度和刀刃鋒利度相同前期下，得出以下結(jié)論。硬質(zhì)合金在車削薄壁內(nèi)孔時(shí)有明顯振動(dòng)引起的條紋；車削圓弧時(shí)粗糙度達(dá)不到要求；車削螺紋時(shí)，螺紋粗糙，牙尖缺齒，甚至存在毛刺等現(xiàn)象。在使用高速鋼的過程中，各方面效果理想，所以采用高速鋼作為車削聚四氟乙烯的主要刀具。加工過程中，因無法加切削液冷卻，高速車削時(shí)熱量增大。和金屬相比，該材料的熱容量小，導(dǎo)熱性差，熱膨脹系數(shù)大。所以，在切削過程中，刀具與材料摩擦而產(chǎn)生的切削熱主要傳給了車刀。而傳遞給零件的少量熱量，則會(huì)使零件局部過熱，導(dǎo)致零件表面顏色變化。持續(xù)的切削熱也會(huì)加劇零件的彈性變形，影響尺寸精度和表面質(zhì)量。在高速車削時(shí)，車下的碎屑極易粘附在刀具上，從而改變刀具的角度，影響工件精度和表面粗糙度。相較而言，高速鋼經(jīng)過刃磨，在保證切削刃鋒利和斷屑槽合適的情況下，抗振能力也更好。所以，選用高速鋼車刀進(jìn)行加工。但是，需注意其耐用度較差，受熱容易磨損，要定期修磨刀具，使其保持鋒利。

3.2刀具幾何參數(shù)的選擇

3.2.1主偏角、副偏角的選擇

由于聚四氟乙烯零件剛性較差，所以切削抗力是造成零件振動(dòng)和加工變形的主要因素。主偏角的大小會(huì)影響切削分力的大小和比值。減小Kr，徑向切削力Fy增大（Fx減?。?，在工藝系統(tǒng)剛度不足時(shí)，會(huì)增加彈性變形和產(chǎn)生振動(dòng)，因此主偏角選擇90°，以減小Fy，避免振動(dòng)。

副偏角的主要功用是最終形成已加工表面。減小副偏角，可以提高刀尖強(qiáng)度，但會(huì)增大副后刀面與加工表面的摩擦和磨損，使刀具耐用度下降。經(jīng)過試切削證明，刀具副偏角選10°～15°較合適。

3.2.2前角的選擇

前角的大小決定著切削刃的鋒利程度和強(qiáng)固程度，對(duì)金屬切削過程影響很大。因此，前角的大小不能隨意確定，在一定的加工條件下，存在一個(gè)使刀具耐用度為最大的合理前角。合理前角的選擇主要根據(jù)工件材料和刀具材料的性能，還要考慮具體加工條件。對(duì)聚四氟乙烯這類塑性大的材料，大前角刀具可減小積屑瘤和鱗刺，有利于提高加工表面質(zhì)量和減小粗糙度。通過實(shí)踐證明，車刀的前角在15°～25°時(shí)效果較好。

3.2.3后角的選擇

后角的主要功用是減小刀具后刀面與工件加工表面之間的摩擦，從而影響加工表面質(zhì)量和刀具耐用度。該種材料塑性好、韌性大，應(yīng)選取較大的后角。通過實(shí)踐證明，刀具后角在20°～30°時(shí)車削效果較好。

3.2.4刃傾角的選擇

流屑的方向由刃傾角的正負(fù)確定，而角度的大小導(dǎo)致刀尖強(qiáng)度有別。加大刃傾角形成斜角切削時(shí)，實(shí)際工作前角增大，刃口鈍圓半徑減小，切削刃更為鋒利。加工證明，刃傾角取10°～15°效果較好。

3.3切削用量的選擇

結(jié)合圖紙的技術(shù)要求和企業(yè)的實(shí)際情況，噴口加工時(shí)主要考慮如何提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。全面考慮切削速度、進(jìn)給量和切削深度三要素，在提高切削速度可以縮短切削時(shí)間，同時(shí)增大切削深度進(jìn)給量，縮短切削加工時(shí)間，從而提高生產(chǎn)效率。切削速度增加使高速鋼車刀的磨損加快，無形中增加了磨刀和換刀的時(shí)間，反而對(duì)生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響。對(duì)于進(jìn)給量和切削深度，隨著這兩個(gè)參數(shù)的增加，切削力明顯增大，使毛坯產(chǎn)生了明顯變形，直接影響加工質(zhì)量，有的甚至使工件報(bào)廢。同時(shí)，零件的表面粗糙度也隨進(jìn)給量的增大而變差。最終，經(jīng)過不斷嘗試，切削速度在90～225mm/min，進(jìn)給量在0.05～0.25mm/r,切削深度在0.12～0.5mm，較為適宜。

4　零件的加工與試制

4.1圓弧刀的對(duì)刀方法

加工中，為方便編程和刀具制作，利用R3常規(guī)圓弧刀，采用圓弧圓心對(duì)刀的方法。對(duì)刀方法也是采用試切對(duì)刀方法，先用R3刀左端對(duì)Z軸0點(diǎn)，再用R3刀對(duì)X軸試切（如圖2、圖3所示），測(cè)量數(shù)值輸入到零件測(cè)量值，在改進(jìn)刀補(bǔ)值W-3.0，U-6.0，使其對(duì)刀點(diǎn)在R3圓弧刀圓心。這樣方便編程，對(duì)刀簡(jiǎn)單，不容易混淆，節(jié)省調(diào)試首件的時(shí)間。

圖3 用R3刀對(duì)X軸試切

圖2　用R3刀左端對(duì)Z軸0點(diǎn)

4.2切削中的切屑清理

由于材料的特殊性，在高速車削過程中，切屑四處飛濺，量多且亂。如果清理不到位，很容易纏到卡盤上，對(duì)加工中的零件造成碰傷，影響零件表面質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使卡盤抱死，對(duì)機(jī)床造成損害。所以，要及時(shí)清理床面上的切屑。

5　產(chǎn)品的測(cè)量檢查與防護(hù)

5.1產(chǎn)品的測(cè)量檢查

產(chǎn)品加工完成的測(cè)量方法與常規(guī)金屬零件的測(cè)量方法有不一樣的地方，其測(cè)量必須在恒溫環(huán)境下才準(zhǔn)確。因?yàn)榫鬯姆蚁┎牧鲜軞鉁?、濕度等環(huán)境影響較大，尺寸公差變化明顯。在測(cè)量薄壁的地方時(shí)不可用力過大，以免致使零件變形。

5.2成品的防護(hù)

批量生產(chǎn)完工后的零件，必須清理干凈切屑粉塵。用塑料薄膜將其包裝好，做好標(biāo)簽，放入特制周轉(zhuǎn)箱內(nèi)。

6　總結(jié)

以上是對(duì)聚四氟乙烯薄壁噴口在實(shí)際加工中的裝夾、刀具材料的選擇及主要幾何參數(shù)等問題的探討。通過實(shí)踐摸索，顯著提高了加工質(zhì)量，取得了良好效果。

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PTFE Thin Wall Orifice Processing

WANG Fangkai
(Taian Technician College, 271000)

In the high-voltage switch parts, the ins ulating material ha s played a crucial role. Among them, polytet rafluoroethylene commonly used, but the proces s more difficult. Through constant practice and exploration, we have determined the thin-walled polytetrafluoroethylene vents process for cutting tool materials and parameters, processing to good effect.

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