對位聚苯材質應用加工探討

西安泵閥總廠有限公司(陜西 710025）丁 勃 張二龍

對位聚苯材料的性能大大優于聚四氟乙烯制品，其使用壽命可比后者提高3～4倍，是冶金、化工、化肥、印染、機械、造紙、紡織、輕工等行業較為理想的耐磨密封材料。

對位聚苯也稱為聚苯撐，是以苯環為鏈接的高聚物。其耐高溫性好，可用于火箭發動機部件和宇宙航行;其熱穩定性好，可制作高溫軸承材料;其耐腐蝕性好，可用作腐蝕環境和工作條件惡劣的軸承和化工設備;其自潤滑性能優于二硫化鉬和石墨以及其他填充聚苯四氟乙烯的制品，可用來制作無油潤滑密封環、填料、活塞環等;其耐化學腐蝕及抗溶劑性能強，迄今為止，在世界上尚未找到一種能使聚苯溶解的溶劑，硫酸氫氟酸等強酸及強堿均不能使之腐蝕。對位聚苯剛性大，分子鏈很規整，呈不熔不溶性，所以自身加工成型困難，需填充其他材料共混使用。

在高溫爐中燒“聚苯”粉末，于520℃開始分解，無熔點。在450℃長期加熱灼燒微有失重，是一種可在400℃以下長期使用的工程塑料。

對位聚苯材料耐輻射，在鈷源 (Co60)照射下，可接受9×106拉特吸收劑量而性能不變。

我們在加工對位聚苯材質小零件時沒有遇到什么問題，但在加工對位聚苯材質大尺寸套筒類零件(長度173mm、孔徑 φ115H6、外圓 φ140.75mm時，發現刀具磨損特別嚴重，并且加工好的零件收縮嚴重，外圓、內孔尺寸變小0.10～0.20mm。

通過分析發現，對位聚苯在切削時有以下特點:

(1)切削力大、導熱性和耐熱性差。對位聚苯的硬度高，切削力大。由于它的導熱系數小，因此不能采用較高的切削速度，以防止軟化、粘刀而影響工件表面質量。

(2)由于對位聚苯的彈性模量小，彈性恢復大，回彈性強，所以尺寸精度不易控制。對位聚苯是由多種成分組成的，組織極不均勻，所以在切削時刀具刃口要鋒利、耐磨。

(3)刀具磨損嚴重，切削時易脆性開裂。對位聚苯難于切削，在切削時刀具很快被磨損，從而失去切削能力。刀具磨鈍后，在切削力作用下，擠壓作用大，切入切出處易發生開裂和崩邊。

(4)熱膨脹系數大。對位聚苯的熱膨脹系數是一般金屬的10多倍，影響尺寸的穩定性，給切削加工帶來很大的困難。

針對以上問題，在加工對位聚苯材質大尺寸套筒類零件時進行了反復試驗，采用了YG8、YG6、YG6X硬質合金機加成形刀，同時也注意到了在使用定尺寸刀具時，應考慮其熱脹冷縮的變化規律，室溫不同則影響不同，最后發現硬質合金機加成形刀車削對位聚苯材質是最適合的，在使用了硬質合金機加成形刀后上述現象明顯得到改善，而且刀具幾乎不磨損。

在尺寸穩定性方面，分析了以下因素:其一是加工時對位聚苯耐磨性太強，在刀具切削擠壓過程中產生的應力特別大，而且切削完成后應力不能充分釋放，導致尺寸變化;其二是對位聚苯的彈性模量小，彈性恢復大，回彈性強，導致尺寸精度不易控制。對這一加工問題進行了多次試驗分析。

(1)最初加工這一套筒時采用的加工順序是先加工外圓，再加工內孔，最后切斷。車削時刀具硬擠壓工件在工件上產生壓應力，先加工外圓后加工內孔，兩次的壓應力反向會抵消一部分，但最終表現在工件上仍然是壓應力，工件放置一定時間這一壓應力要釋放，導致工件收縮、變小。

(2)切削用量的選擇。經過多次試驗，采用硬質合金機加成形刀車削對位聚苯的切削速度vc=40～80m/min，背吃刀量ap=0.1～4mm，進給量f=0.2～0.5mm/r最為合適。

(3)將工件分4～5次加工成活，每次只加工0.50mm，而且孔與外圓車削交替進行，每次車削后記錄尺寸，放置一天測量尺寸，一周后再測量尺寸;然后繼續加工，再記錄尺寸，放置一天測量尺寸，一周后再測量尺寸，然后繼續加工，如此反復5次。最后發現加工完成放置一天試驗工件 (長度173mm、孔徑φ115H6、外圓φ140.75+0.025+0.010)回彈量在0.05～0.08mm各處不等，放置一周的回彈量在0.01～0.03mm依然各處不等 (這些試驗都是在解決了刀具問題后進行的)。

(4)使用切削液要慎重。在試驗中還發現，因為對位聚苯有吸入切削液的可能，會影響材料的使用性能，所以切削液選擇最好不考慮。

經過綜合分析，最終采用如下方案:

(1)切削刀具更換成耐磨性強的硬質合金機加成形刀。

(2)工件粗加工完成后留出7天回彈時間，讓工件回彈充分，再進行精加工。精加工時根據最少回彈量在設計尺寸上放大0.12mm，充分考慮回彈量。一般充分回彈后可滿足設計要求。