聚四氟乙烯垫片车削方法探析

　　【摘 要】针对聚四氟乙烯垫片的加工特点，通过刀具的刃磨和加工方法的合理运用，有效解决了加工垫片时容易产生的尺寸精度误差和形状精度误差，保证了表面粗糙度，使产品能够保质保量，为以后垫片加工提供经验。
　　1 引言
　　在航空航天领域，聚四氟乙烯垫片作为密封件广泛用于阀门连接中，在气体、液体介质中起到防泄漏，强化密封效能。这些垫片包括平垫片、V 形垫片和球阀垫圈，其直径从 5～600mm，厚度 0.3～4mm，尺寸公差在 0.05～0.1mm，表面粗糙度Ra 为 1.6μm，规格尺寸大小不一，其数量少，尺寸精度变化快等特点，不适合模压成型，在时间上也很难满足完成生产任务，而车削垫片则可以图纸一到即可加工，周期短，成本低，节能降耗[1]。
　　聚四氟乙烯垫片采用了聚四氟乙烯棒料和板材料加工，由于原材料的性质，其形状大小不同，容易产生尺寸精度误差和形状精度误差，为消除造成的误差，根据其特点，用不同的方法去解决。
　　2 技术难点与切削参数
　　2.1 材料特性
　　由于聚四氟乙烯有良好的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、阻燃性、高润滑不黏性、电绝缘性和良好的抗老化耐力等特点，能够在-180~250的温度下的任何种类化学介质中长期使用，聚四氟乙烯的刚度、硬度、强度都比较小，聚四氟乙烯的有较大的线膨胀，其系数为(10～12) ×10-5(1/)，和较小的导热系数，仅为 0.27W/ (m·K)，弹性模量很低，当切削加工进给过大或转速过快时，较大的加工摩擦力以及道具施加给工件的切削力共同作用，会产生较大的热量，最终导致产品产生较大变形，影响产品的加工精度[2]。
　　2.2 刀具的刃磨
　　在加工垫片时，由于厚度比较薄，切刀的选择最为关键，硬质合金车刀比较钝，易产生热量，如果切削量过大，切削速度较高，攻坚的切削温度升高，材料发生软化就会产生粘刀，而且毛刺比较大。而高速钢车刀刃磨性好，能使刀具刃口锋利，易于车削。切刀卷斜槽的刃磨，如果不合适，会出现排屑不畅，甚至缠绕到工件和棒料之上，产生安全隐患，或者垫片表面有震纹，影响表面粗糙度。
　　根据聚四氟乙烯的特点，对于用棒料加工的垫片，切刀前角的大小直接影响切削效果，前角选大些可减小切削变形，降低切削温度，减小刀具刃口钝圆半径，使刀刃锋利，提高加工质量。但前角太大，会削弱刀具强度，散热条件变差，切削温度反而升高，使刀具耐用度和零件加工质量下降。通过切削试验，前角应刃磨 γ=10°～15°，并磨出长度为垫片大径与小径之差的 1/2 多 3mm 的圆弧卷屑槽[即 L=(D—d) /2+3(mm) ] 。这样使切削出来切屑顺利向后排出，不会缠绕到棒料与工件上。再用油石研磨出半径为0.1刀尖圆弧，刀尖圆弧过大，会增大切削力，垫片表面会产生震纹。刃磨切刀后角时，后刀面的光洁度至关重要，影响垫片的表面粗糙度，在刃磨前要把砂轮修正平稳，不能有弹跳现象，否则刃磨出的刀刃在微观上看是锯齿状，起伏不定。修整好砂轮后再刃磨后角 α=6°～8°，减少刀具后刀面与工件的摩擦，减少热量。对于用板料加工的垫片，尤其是直径大于 300mm 以上的垫片，切刀前角应刃磨γ=-3°～-5°，长度比垫片厚度长 3～5mm，这样不会影响切刀的刚性。如果切削大面积板料，使用刀具，由于前角比较大，受离心力的影响容易发生拉伸断裂，并产生扎刀，板料撕裂脱落。
　　外圆刀与内孔刀则要前角大些 γ=10°～15°，可减小切削变形，减少切削热的产生，降低温度，后角取大值 α=15°～30°,可减少刀具与工件表面的摩擦，并能使刀具刃口钝圆半径减小，忍口锋利，易于切入工件，提高加工质量。

　　2.3 切削参数的选择
　　由于聚四氟乙烯导热系数低，热膨胀系数大，使用的是高速钢车刀，在加工中由于技术要求不能使用冷却液降温，条件限制没有冷风降温系统，在现有条件下，加工中切削速度不能太高，可根据工件直径合理选择。选择范围为切削速度 70～225mm/min，走刀量 0.05～0.25mm/r，切削深度 0.12～3mm 为宜。外圆和内孔粗车时选择较大的走刀量 0.25mm，较深的切削深度 3mm，这样可缩短加工时间。精车时为保证表面粗糙度走刀量可选 0.05mm，切削深度为 0.12～0.3mm，效果比较好。
　　3 加工方法
　　对于用棒料加工的垫片，为了减小垫片因受夹紧力的影响产生的尺寸误差，首先用 45 号钢制作一个开口胎，内孔直径小于棒料直径 1mm，在胎具的外圆上开一条 2mm 宽的开口，使圆棒料增大接触面积，减少原材料受夹紧力的影响产生变形。先试车一件，切断时要一次性切下，不能分粗精车，否则会受力不均匀产生变形，走刀量为 0.05mm。切下后等待一个小时左右的时效处理，让垫片与室温相同，测量垫片尺寸。由于加工下来的垫片比较软，不易测量，可加工一个与垫片内孔尺寸公差相同的通止规，把垫片套在通规上进行测量尺寸，这样既能保证尺寸，又便于测量。
　　对于用板料加工的垫片，直径都比较大，可用一把切刀即可完成加工，在加工时用金属堵头把板料两面顶紧，不可打滑，选择尾座方向的堵头时，要与垫片内径小约 10mm，不能小太多，不然板料加工位置贴不紧，形成扎刀，由于直径大，转速选择 70～90r/min,走刀量为 0.05mm，为防止有扎刀现象，影响工件表面不能使用，切削时拿一个干净的毛刷在切刀位置上方轻轻地抵住垫片外侧端面，直至脱落。
　　4 结语
　　通过对聚四氟乙烯棒料和板料使用合理的加工方法，在加工中遇到的受各种因素的影响产生的各种误差， 使大量不同规格的垫片生产中，解决了车床加工垫片尺寸精度、形状精度和表面粗糙度各种因素的影响，使产品的质量稳定，成本低，简单易行，提高了产品质量，对加工聚四氟乙烯类垫片有一定的借鉴意义。