工程材料PEEK加工工藝研究

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摘要:簡單介紹了工程材料peek的性能特點，分析了PEEK加工時炸裂的各種原因，探討了材料熱處理工藝和機械加工的注意事項。

關鍵詞:PEEK材料炸裂;PEEK材料熱處理;PEEK材料機械加工

1PEEK材料特性

聚醚醚酮(PEEK)樹脂是一種新型的特殊工程材料，自問世以來，與其它特種工程材料相比具有更多顯著優勢，PEEK其熔點為334℃，可在250℃下長期使用，尺寸基本沒有變化，具有優越的尺寸穩定特性，其拉抻強度、質量及外觀也不發生顯著變化，在很高的交變應力的作用下具有很好的抗疲勞性，并且有長期的耐負荷性，耐磨性好。除此以外，PEEK樹脂潤滑性好、耐化學品腐蝕、阻燃、耐剝離性、耐磨性、耐強硝酸、濃硫酸、抗輻射，超強的機械性能可用于航空航天、機械、石油、化工、核電、軌道交通等領域，由于具有極其出色的物理、力學性能，在許多特殊領域可以替代金屬、陶瓷等傳統材料，在減輕質量，提高性能方面貢獻突出，成為當今最熱門的高性能工程材料之一。

2PEEK材料加工問題點

PEEK材料的成型加工有注塑、擠塑、吹塑、壓制，機械加工等多種方式。其中機械加工在熱膨脹、散熱性能、彈性、耐磨性等方面和金屬材料及通用工程塑料有不小的差異，如果不引起足夠的重視，操作不當，會產生炸裂現象，甚至損壞加工設備等情況。

3PEEK材料炸裂原因分析

導致材料加工時炸裂的原因:①由于毛坯本身的應力沒有完全消除，加工時出現炸裂。②加工時采用過大的吃刀量出現炸裂。③用較大的鉆頭直接鉆孔，由于切削力很大極易擠壓炸裂。④加工深孔時沒有反復退鉆頭排屑，屑子沒有充分排出來，擠壓造成開裂。⑤冷卻不充分，鉆孔冷卻不充分時由于產生的切削熱和切削力太高，也會炸裂。⑥進給速度太快，會增加PEEK棒材內部的應力產生炸裂。⑦由于PEEK材料耐磨，鉆孔時鉆頭的切削刃很快就磨損了，此時如果沒有及時修磨鉆頭，硬鉆進去也會產生炸裂。分析導致炸裂的原因可分為材料和加工兩方面:首先如果零件的粗加工量較大，產生的熱量不可避免的會導致內應力的釋放，從而導致零件發生變形。特別是尺寸要求高的零件，在粗加工后要進行一次退火處理，最后再精加工到尺寸要求。進行熱處理退火主要作用是提高零件的結晶度，從而提高其強度和耐化學性，減少在擠出和機加工過程中產生的內部應力，提高在更寬的溫度范圍內的尺寸穩定性。熱處理工藝參數可參考如下:3h內加熱到120℃，再在4h內由120℃加熱到220℃，保溫1．5h，再以20℃/h的速度冷卻到常溫。其次，加工時選擇的加工方式、加工刀具和加工參數對產品是否炸裂、零件變形、尺寸是否合格都有很大的關系。

4PEEK材料加工

4．1車削加工。根據加工不同牌號的PEEK材料來選擇加工刀具，一般可選用YW1或YW2通用硬質合金刀，能夠選用金剛石刀更好。高速鋼(白鋼刀)硬度和剛性太低，很容易磨損。加工時要用冷卻液，以減少磨損和導熱;否則在機加工過程中，刀具與產品的端面摩擦造成的高溫導致材料的熔融。對于加工薄壁類零件，由于其剛性差、強度弱，如果直接用三爪卡盤的卡爪夾緊極易產生變形，增大零件的形狀誤差，進而零件圓周度無法保證。所以在加工薄壁類產品時應采用開口套或彈簧夾頭等裝夾方法。也可改變加緊力的作用方向，變徑向夾緊為軸向夾緊，即采用一些壓板類工具裝夾。合理選擇切削用量，切削用量中影響最大的是吃刀量，因此切削薄壁套時應減小吃刀量和降低切削速度。車加工PEEK材料時適當的增大前角(見下圖1)可使車刀鋒利，排屑順利，減少切削與前刀面之間的摩檫，減少切削力和切削熱。適當增大刃傾角可使車刀的實際前角增大，刃口圓弧減小，提高工具的鋒利程度。從而減小切削力和切削熱。根據薄壁套軸向承受能力比徑向承受能力大的特點，適當增大主偏角，可以減少背向力，從而減少工件變形。適當增大副偏角可減少副切削刃與工件之間的摩檫，使切削熱量減小。適當減小刀尖圓弧半徑可減少背向力，從而減少工件變形，但也不能過小，過小會影響工件表面粗糙度，還會減少刀尖散熱面積。4．2銑削加工。在銑加工時進給量要小些，冷卻液要充分，否則當產生的切削熱過大時會使產品表面變色發黃;盡量選用前角大、排屑好、鋒利的立銑刀加工;裝夾時應充分考慮產品加工后會產生變形，應適當控制好夾緊力度和工件裝夾方法。4．3鉆孔加工。不能直接用大鉆頭鉆孔，可以先用直徑小于10mm的鉆頭打孔，再用小一點的鏜孔刀鏜孔，最后再用大鏜孔刀鏜孔;鉆孔時要反復多次退鉆頭排屑;要保證切削液冷卻充分及時，可以迅速減少熱量，適當降低鉆孔進給速度，當鉆頭磨損時要及時修磨鉆頭。4．4螺紋加工材料攻絲時要特別注意，PEEK材質比較耐磨，攻絲磨損會很快，所以要經常檢查螺紋尺寸。絲錐磨損后由于擠壓力增大容易使產品變形，甚至開裂。攻絲時絲錐上一定要涂抹冷卻液或攻絲油，進給量要小，攻深孔時盡量采用分段多次攻入。

5結語

PEEK材料在機械加工時，應充分考慮PEEK材料特點，在使用刀具和加工參數上做出必要的調整，尤其是尺寸稍大的PEEK材料，粗加工后應進行熱處理，消除內部應力，才能避免材料炸裂、零件變形，最終加工出合格的高質量產品。

參考文獻:

［1］付國太，劉洪軍，張柏，等．PEEK的特性及應用［J］．工程塑料運用，2006，34(10):69－71．

［2］顏紅俠，寧榮昌，黃英，等．PEEK復合材料的性能研究［J］．塑料工業，2002，30(4):44－45．

作者:李永杰 楊華 單位:西安優耐特容器制造有限公司