聚四氟乙烯混合材料保持架的加工工艺改进

曹阳，刘颖志，李颖，孙丽杰

(1.中国航发哈尔滨轴承有限公司，哈尔滨 150027；2. 哈尔滨电力职业技术学院，哈尔滨 150030)

1 保持架特点

液压泵用某型混合陶瓷轴承使用的保持架材料较为特殊，是一种混合材料，主要成分为聚四氟乙烯和TWARON。该材料具有优异的耐高低温性能和化学稳定性，以及良好的自润滑性能。但材质较软，加工稳定性较差，容易产生变形；材料受温度的影响较大，变形波动较大。

保持架结构如图1所示，11个椭圆形的兜孔均匀分布，要求：单一平面外径变动量VDcsp≤0.03 mm，单一平面内径变动量Vdcsp≤0.05 mm，平均外径变动量VDcmp≤0.03 mm，平均内径变动量Vdcmp≤0.04 mm，壁厚变动量VKcs≤0.07 mm，兜孔等分差Vbc≤0.2 mm。

图1 保持架结构示意图Fig.1 Structure diagram of cage

2 原工艺及加工难点

原工艺流程为：粗磨外径面→细车第1平面→细车第2平面→细车内径面→终磨外径面→终车第1平面→终车第2平面→终车内径面→车倒角→钻孔→铰孔→去毛刺→终检→包装。

原加工工艺中兜孔需要经过钻、铰2道工序，经2次加工和定位，非常容易造成兜孔加工变形，加工精度较低；原工艺流程没有考虑到温度波动问题，因该保持架材料对温度变化较为敏感，造成加工尺寸及精度不稳定，而且材料自身较软易变形，加工难度较大；传统的兜孔加工采用Z5932立式钻床，刀具采用高速钢材料铰刀(图2)，精度较难保证，且刀刃容易产生磨损，刀具寿命短，加工后保持架容易产生毛刺。

图2 传统加工使用的铰刀Fig.2 Reamer for traditional machining

3 改进措施

3.1 工艺优化

优化后的工艺流程为：粗磨外径面→细车第1平面→细车第2平面→细车内径面→放置1→细磨外径面→终车第1平面→终车第2平面→编号→放置2→终磨外径面→放置3→终车内径面→放置4→钻、铣孔→去毛刺→放置后尺寸精度终检→外观终检→包装。

加工过程中各工序的注意事项见表1。

表1 加工过程各工序注意事项Tab.1 Attentions for each process during machining process

工艺优化分析：

1)充分考虑加工温度及加工余量对聚四氟乙烯混合材料的影响，将内径、外径及平面尺寸加工到成品尺寸后再进行兜孔加工，避免断续切削，使加工表面无振纹，且大大减小切削抗力。

2)改变传统采用Z5932立式钻床加工兜孔的多次装夹定位，采用数控加工中心，兜孔加工由原来的“钻孔→铰孔”更改为“钻、铣孔”，保持架一次装夹加工完成，保证了加工精度，避免了兜孔的加工变形，生产效率提高。

3)经过反复实践验证发现：通过恒温箱将保持架温度控制在15 ℃，然后快速取出保持架进行检测，检测时间不超过5 s，只有这样才能保证聚四氟乙烯混合材料的保持架精度相对稳定，能够相对准确地测量出保持架的各项尺寸及精度，为后续的机械加工提供有效保障。

3.2 加工模具设计

模具设计特点是将加工兜孔的位置避开，保持架内径、外径被加工模具包裹，且以内径面定位(图3)，定位面较大，使夹紧力相对减小，避免加工兜孔时保持架变形。

图3 加工兜孔模具装配图Fig.3 Assembly diagram of machining pocket mold

3.3 刀具及加工参数的合理选用

聚四氟乙烯混合材料保持架采用数控加工中心加工，使用带涂层的铣刀完成粗铣和精铣加工，精铣时沿兜孔轮廓走刀，精铣余量为0.1～0.3 mm，精铣主轴转速为2 500 r/min，进给量为200 mm/min。

4 加工效果

工艺优化后对7批该型号保持架进行了加工、检测(表2)，结果表明，加工过程稳定，质量可控，各项精度能够满足工艺要求。

表2 工艺优化前、后保持架精度对比Tab.2 Precision comparion of cages before and after process optimization mm