聚四氟乙烯薄壁噴口的加工

王方凱

（泰安技師學院，泰安 271000）

聚四氟乙烯薄壁噴口的加工

王方凱

（泰安技師學院，泰安 271000）

在高壓開關的零部件中，絕緣材料起到了至關重要的作用。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等，且加工效果良好。

聚四氟乙烯 薄壁噴口 加工難點

1　聚四氟乙烯的特性分析和加工難點

1.1材料的優點及用途

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，具有優良的綜合性能，耐高低溫、耐腐蝕、不粘、自潤滑、優良的介電性能、很低的摩擦系數、耐磨、密封性良好、不水解、不便硬等優良性能。

1.2材料的加工難點

在高壓電器中，聚四氟乙烯常用來加工墊片、導向環、套以及高壓斷路器的滅電弧裝置的噴口。雖然聚四氟乙烯優點很多，但是在實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。實際生產中，噴口零件加工要求較高。一是該產品形狀復雜、尺寸公差要求很高，很多尺寸壁薄易變形。二是該產品受材料特點限制，剛性差，受氣溫、濕度等環境影響，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。實際生產中，需要將聚四氟乙烯制成毛坯，企業中常規采用的是冷壓燒結的方法。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要求。

圖1　噴口結構示意圖

2　確定工藝，設計夾具

2.1夾具的設計

加工生產噴口必須有一副專用的夾具。通常的機床卡爪使用較長時間后，裝夾精度難免降低，如“喇叭口”等，導致零件定位精度不高，同軸度難以保證。通過多次實踐，總結經驗，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，將軟、硬爪焊接在一起，從而解決了重新裝夾時的定位偏差和加工過程中的竄動等問題，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。針對該零件易變形的特點，采用最大可能增加裝夾面積，使零件不易產生變形，較大提高了零件裝夾穩定性。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，內孔車至裝夾Φ60處。制作的軟爪定位精準，克服了零件易變形的特點，滿足了零件的技術要求。

2.2夾具的制作加工

制作上述軟爪時，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行粗車。加工完成后，軟爪可夾持的直徑應比零件尺寸大3～5mm。此時，施加適當的夾緊力使用軟卡爪夾持住精定位棒料，夾緊力應與裝夾零件的夾緊力一樣，精加出內孔及R3圓弧。此時，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定性。

3　刀具材料的選擇及幾何參數的確定

3.1刀具材料的選擇

實際生產時，使用高速鋼和硬質合金兩種常用車刀材料對聚四氟乙烯進行試車加工。在確認兩套刀具角度和刀刃鋒利度相同前期下，得出以下結論。硬質合金在車削薄壁內孔時有明顯振動引起的條紋；車削圓弧時粗糙度達不到要求；車削螺紋時，螺紋粗糙，牙尖缺齒，甚至存在毛刺等現象。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，高速車削時熱量增大。和金屬相比，該材料的熱容量小，導熱性差，熱膨脹系數大。所以，在切削過程中，刀具與材料摩擦而產生的切削熱主要傳給了車刀。而傳遞給零件的少量熱量，則會使零件局部過熱，導致零件表面顏色變化。持續的切削熱也會加劇零件的彈性變形，影響尺寸精度和表面質量。在高速車削時，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和加工變形的主要因素。主偏角的大小會影響切削分力的大小和比值。減小Kr，徑向切削力Fy增大（Fx減小），在工藝系統剛度不足時，會增加彈性變形和產生振動，因此主偏角選擇90°，以減小Fy，避免振動。

副偏角的主要功用是最終形成已加工表面。減小副偏角，可以提高刀尖強度，但會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固程度，對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工件材料和刀具材料的性能，還要考慮具體加工條件。對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量和減小粗糙度。通過實踐證明，車刀的前角在15°～25°時效果較好。

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量和刀具耐用度。該種材料塑性好、韌性大，應選取較大的后角。通過實踐證明，刀具后角在20°～30°時車削效果較好。

3.2.4刃傾角的選擇

流屑的方向由刃傾角的正負確定，而角度的大小導致刀尖強度有別。加大刃傾角形成斜角切削時，實際工作前角增大，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

結合圖紙的技術要求和企業的實際情況，噴口加工時主要考慮如何提高產品的生產效率。全面考慮切削速度、進給量和切削深度三要素，在提高切削速度可以縮短切削時間，同時增大切削深度進給量，縮短切削加工時間，從而提高生產效率。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間，反而對生產效率產生影響。對于進給量和切削深度，隨著這兩個參數的增加，切削力明顯增大，使毛坯產生了明顯變形，直接影響加工質量，有的甚至使工件報廢。同時，零件的表面粗糙度也隨進給量的增大而變差。最終，經過不斷嘗試，切削速度在90～225mm/min，進給量在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圓弧刀的對刀方法

加工中，為方便編程和刀具制作，利用R3常規圓弧刀，采用圓弧圓心對刀的方法。對刀方法也是采用試切對刀方法，先用R3刀左端對Z軸0點，再用R3刀對X軸試切（如圖2、圖3所示），測量數值輸入到零件測量值，在改進刀補值W-3.0，U-6.0，使其對刀點在R3圓弧刀圓心。這樣方便編程，對刀簡單，不容易混淆，節省調試首件的時間。

圖3 用R3刀對X軸試切

圖2　用R3刀左端對Z軸0點

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，對加工中的零件造成碰傷，影響零件表面質量，嚴重時會使卡盤抱死，對機床造成損害。所以，要及時清理床面上的切屑。

5　產品的測量檢查與防護

5.1產品的測量檢查

產品加工完成的測量方法與常規金屬零件的測量方法有不一樣的地方，其測量必須在恒溫環境下才準確。因為聚四氟乙烯材料受氣溫、濕度等環境影響較大，尺寸公差變化明顯。在測量薄壁的地方時不可用力過大，以免致使零件變形。

5.2成品的防護

批量生產完工后的零件，必須清理干凈切屑粉塵。用塑料薄膜將其包裝好，做好標簽，放入特制周轉箱內。

6　總結

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

[1]白中浩，焦英豪，白芳華.基于主動形狀模型及模糊推理的駕駛疲勞檢測[J].儀器儀表學報，2015，（4）：768-775.

[2]劉剛.基于眼睛狀態判斷的疲勞檢測[D].大連：大連理工大學，2013.

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.

PTFE, thin-walled orifice, processing d ifficulties