工程材料PEEK加工工艺研究

摘要:简单介绍了工程材料PEEK的性能特点，分析了PEEK加工时炸裂的各种原因，探讨了材料热处理工艺和机械加工的注意事项。

关键词:PEEK材料炸裂;PEEK材料热处理;PEEK材料机械加工

1PEEK材料特性

聚醚醚酮(PEEK)树脂是一种新型的特殊工程材料，自问世以来，与其它特种工程材料相比具有更多显著优势，PEEK其熔点为334℃，可在250℃下长期使用，尺寸基本没有变化，具有优越的尺寸稳定特性，其拉抻强度、质量及外观也不发生显著变化，在很高的交变应力的作用下具有很好的抗疲劳性，并且有长期的耐负荷性，耐磨性好。除此以外，PEEK树脂润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐磨性、耐强硝酸、浓硫酸、抗辐射，超强的机械性能可用于航空航天、机械、石油、化工、核电、轨道交通等领域，由于具有极其出色的物理、力学性能，在许多特殊领域可以替代金属、陶瓷等传统材料，在减轻质量，提高性能方面贡献突出，成为当今最热门的高性能工程材料之一。

2PEEK材料加工问题点

PEEK材料的成型加工有注塑、挤塑、吹塑、压制，机械加工等多种方式。其中机械加工在热膨胀、散热性能、弹性、耐磨性等方面和金属材料及通用工程塑料有不小的差异，如果不引起足够的重视，操作不当，会产生炸裂现象，甚至损坏加工设备等情况。

3PEEK材料炸裂原因分析

导致材料加工时炸裂的原因:①由于毛坯本身的应力没有完全消除，加工时出现炸裂。②加工时采用过大的吃刀量出现炸裂。③用较大的钻头直接钻孔，由于切削力很大极易挤压炸裂。④加工深孔时没有反复退钻头排屑，屑子没有充分排出来，挤压造成开裂。⑤冷却不充分，钻孔冷却不充分时由于产生的切削热和切削力太高，也会炸裂。⑥进给速度太快，会增加PEEK棒材内部的应力产生炸裂。⑦由于PEEK材料耐磨，钻孔时钻头的切削刃很快就磨损了，此时如果没有及时修磨钻头，硬钻进去也会产生炸裂。分析导致炸裂的原因可分为材料和加工两方面:首先如果零件的粗加工量较大，产生的热量不可避免的会导致内应力的释放，从而导致零件发生变形。特别是尺寸要求高的零件，在粗加工后要进行一次退火处理，最后再精加工到尺寸要求。进行热处理退火主要作用是提高零件的结晶度，从而提高其强度和耐化学性，减少在挤出和机加工过程中产生的内部应力，提高在更宽的温度范围内的尺寸稳定性。热处理工艺参数可参考如下:3h内加热到120℃，再在4h内由120℃加热到220℃，保温1．5h，再以20℃/h的速度冷却到常温。其次，加工时选择的加工方式、加工刀具和加工参数对产品是否炸裂、零件变形、尺寸是否合格都有很大的关系。

4PEEK材料加工

4．1车削加工。根据加工不同牌号的PEEK材料来选择加工刀具，一般可选用YW1或YW2通用硬质合金刀，能够选用金刚石刀更好。高速钢(白钢刀)硬度和刚性太低，很容易磨损。加工时要用冷却液，以减少磨损和导热;否则在机加工过程中，刀具与产品的端面摩擦造成的高温导致材料的熔融。对于加工薄壁类零件，由于其刚性差、强度弱，如果直接用三爪卡盘的卡爪夹紧极易产生变形，增大零件的形状误差，进而零件圆周度无法保证。所以在加工薄壁类产品时应采用开口套或弹簧夹头等装夹方法。也可改变加紧力的作用方向，变径向夹紧为轴向夹紧，即采用一些压板类工具装夹。合理选择切削用量，切削用量中影响最大的是吃刀量，因此切削薄壁套时应减小吃刀量和降低切削速度。车加工PEEK材料时适当的增大前角(见下图1)可使车刀锋利，排屑顺利，减少切削与前刀面之间的摩檫，减少切削力和切削热。适当增大刃倾角可使车刀的实际前角增大，刃口圆弧减小，提高工具的锋利程度。从而减小切削力和切削热。根据薄壁套轴向承受能力比径向承受能力大的特点，适当增大主偏角，可以减少背向力，从而减少工件变形。适当增大副偏角可减少副切削刃与工件之间的摩檫，使切削热量减小。适当减小刀尖圆弧半径可减少背向力，从而减少工件变形，但也不能过小，过小会影响工件表面粗糙度，还会减少刀尖散热面积。4．2铣削加工。在铣加工时进给量要小些，冷却液要充分，否则当产生的切削热过大时会使产品表面变色发黄;尽量选用前角大、排屑好、锋利的立铣刀加工;装夹时应充分考虑产品加工后会产生变形，应适当控制好夹紧力度和工件装夹方法。4．3钻孔加工。不能直接用大钻头钻孔，可以先用直径小于10mm的钻头打孔，再用小一点的镗孔刀镗孔，最后再用大镗孔刀镗孔;钻孔时要反复多次退钻头排屑;要保证切削液冷却充分及时，可以迅速减少热量，适当降低钻孔进给速度，当钻头磨损时要及时修磨钻头。4．4螺纹加工材料攻丝时要特别注意，PEEK材质比较耐磨，攻丝磨损会很快，所以要经常检查螺纹尺寸。丝锥磨损后由于挤压力增大容易使产品变形，甚至开裂。攻丝时丝锥上一定要涂抹冷却液或攻丝油，进给量要小，攻深孔时尽量采用分段多次攻入。

5结语

PEEK材料在机械加工时，应充分考虑PEEK材料特点，在使用刀具和加工参数上做出必要的调整，尤其是尺寸稍大的PEEK材料，粗加工后应进行热处理，消除内部应力，才能避免材料炸裂、零件变形，最终加工出合格的高质量产品。

参考文献:

［1］付国太，刘洪军，张柏，等．PEEK的特性及应用［J］．工程塑料运用，2006，34(10):69－71．

［2］颜红侠，宁荣昌，黄英，等．PEEK复合材料的性能研究［J］．塑料工业，2002，30(4):44－45．

作者:李永杰 杨华 单位:西安优耐特容器制造有限公司