機加工 PEEK 棒材注意事項：車削 / 銑削 / 鉆孔工藝參數指南

PEEK（聚醚醚酮）棒材憑借其卓越的耐高溫、耐腐蝕、耐磨以及高強度等特性，在航空航天、醫療、汽車制造等眾多高端領域得到廣泛應用。然而，這些出色的性能也給其機加工帶來了一定挑戰。要實現高精度、高質量的 PEEK 棒材機加工，深入了解車削、銑削、鉆孔等關鍵工藝參數至關重要。

車削工藝參數要點

刀具選擇

由于 PEEK 棒材具有較高的硬度和耐磨性，刀具材質的選擇極為關鍵。硬質合金刀具是車削 PEEK 棒材的常用選擇，其具備良好的耐磨性和較高的硬度，能夠有效應對 PEEK 棒材在車削過程中的切削力。對于一些對表面質量要求極高、精度達到微米級別的車削加工，金剛石刀具則能發揮出其優勢，它能實現極為精細的切削，大大提高加工表面的光潔度。但需注意，金剛石刀具成本相對較高，在實際應用中需根據加工需求和成本預算綜合考量。在刀具幾何形狀方面，負前角的車刀較為適合 PEEK 棒材車削。負前角可增強刀具切削刃的強度，使其在面對 PEEK 棒材的切削力時更加穩定，減少刀具破損風險。同時，車刀應配備斷屑槽，這有助于在車削過程中對切屑進行有效控制和排出。PEEK 棒材在車削時產生的切屑如果不能及時排出，容易纏繞在刀具和工件上，不僅會影響加工表面質量，還可能損壞刀具，引發安全問題。斷屑槽能促使切屑在形成過程中折斷，便于排出，確保車削過程的順利進行。

切削參數設置

切削速度對車削 PEEK 棒材的質量和效率有著顯著影響。一般而言，車削 PEEK 棒材的切削速度宜控制在 50 - 300m/min 范圍內。若切削速度過低，加工效率會大打折扣，且刀具與工件之間的摩擦時間增加，容易導致刀具磨損加劇；而切削速度過高，會使切削區域產生大量熱量，由于 PEEK 棒材的熱導率較低，熱量難以快速散發，易造成材料局部過熱，出現軟化、變形甚至燒焦等現象，嚴重影響加工質量。進給量通常設定在 0.05 - 0.2mm/r。較小的進給量可使加工表面更加光滑，適用于對表面質量要求較高的精加工工序；較大的進給量則能提高加工效率，但可能會在一定程度上降低表面質量，常用于粗加工階段。切削深度需依據刀具的強度、機床的剛性以及工件的具體要求來確定。在機床和刀具允許的情況下，適當增加切削深度可減少走刀次數，提高加工效率。但過大的切削深度會使切削力大幅增加，可能導致刀具損壞、工件變形等問題。例如，在車削直徑為 50mm 的 PEEK 棒材進行粗加工時，若機床剛性良好、刀具強度足夠，可將切削深度設置在 2 - 3mm；而在進行精加工時，為保證表面質量，切削深度應減小至 0.1 - 0.5mm。

冷卻與潤滑

PEEK 棒材在車削過程中會產生大量熱量，有效的冷卻與潤滑措施必不可少。冷卻的主要目的是降低切削區域的溫度，防止材料因過熱而性能下降，同時也能延長刀具使用壽命。可采用高壓冷卻、噴霧冷卻等方式，將冷卻液精準地噴射到刀具與工件的接觸區域。高壓冷卻能夠以較大的壓力將冷卻液快速輸送到切削部位，帶走大量熱量，且能對切屑起到沖刷作用，使其更容易排出。噴霧冷卻則是利用壓縮空氣將冷卻液霧化后噴射到切削區，這種方式既能實現冷卻效果，又能減少冷卻液的使用量，較為環保。在選擇冷卻液時，水基冷卻液具有良好的冷卻性能，能迅速降低切削溫度，適用于大多數 PEEK 棒材車削加工場景；對于一些對潤滑性能要求較高的加工，可選用油基冷卻液，它能在刀具與工件表面形成一層潤滑膜，減少摩擦，提高加工表面質量。但在醫療等對材料生物相容性有嚴格要求的領域，使用油基冷卻液時需謹慎，避免冷卻液殘留對產品造成污染。

銑削工藝參數要點

刀具選用

銑削 PEEK 棒材時，刀具材質同樣以硬質合金為主。對于一些含有玻璃纖維、碳纖維等增強材料的 PEEK 棒材，由于其硬度更高、耐磨性更強，對刀具的磨損更為嚴重，此時可選用聚晶金剛石（PCD）或金剛石涂層刀具。PCD 刀具具有極高的硬度和耐磨性，能有效抵抗增強材料的磨損作用，保證銑削過程的穩定性和刀具壽命；金剛石涂層刀具則是在普通刀具表面涂覆一層金剛石薄膜，使其兼具金剛石的高硬度和普通刀具的良好韌性，在一定程度上提高了刀具的切削性能和耐用性。在刀具類型方面，立銑刀是銑削 PEEK 棒材常用的刀具之一，其可用于平面銑削、輪廓銑削、槽銑削等多種加工操作。為了提高銑削效率和加工質量，立銑刀的齒數、刃長、刃口形狀等參數需根據具體加工要求進行合理選擇。例如，在進行大面積平面銑削時，可選用齒數較多的密齒立銑刀，以增加同時參與切削的刃數，提高進給速度，提升加工效率；而在進行輪廓銑削或加工復雜形狀時，應選擇刃口鋒利、齒數較少的立銑刀，以便更好地跟隨輪廓進行切削，減少刀具與工件之間的干涉。

切削參數確定

銑削速度一般控制在 180 - 230m/min。在此速度范圍內，既能保證一定的加工效率，又能避免因速度過快導致刀具磨損加劇和材料過熱。若銑削速度低于 180m/min，單位時間內刀具切削的材料量減少，加工效率會明顯降低；若高于 230m/min，刀具與材料之間的摩擦和沖擊加劇，產生的熱量過多，不僅會使刀具磨損加快，還可能導致 PEEK 棒材表面出現燒傷、變形等缺陷。進給量的選擇與刀具直徑、齒數以及加工表面質量要求等因素相關。通常情況下，每齒進給量可在 0.05 - 0.2mm 之間取值。對于精加工，為了獲得更好的表面質量，每齒進給量應取較小值，如 0.05 - 0.1mm；在粗加工時，為提高加工效率，可適當增大每齒進給量至 0.1 - 0.2mm。切削深度需根據機床的功率、剛性以及刀具的強度來確定。在機床和刀具允許的條件下，對于平面銑削，切削深度可在 0.5 - 3mm 之間選擇；對于槽銑削等加工，切削深度則需根據槽的深度要求進行合理設置，但一般不宜超過刀具直徑的 0.5 倍，以免刀具承受過大的切削力而折斷。

加工策略

在銑削 PEEK 棒材時，合理的加工策略對提高加工質量和效率至關重要。分層銑削是一種常用的策略，尤其在加工較深的槽或輪廓時。通過分層銑削，每次切削的深度較小，可有效降低刀具承受的切削力，減少刀具磨損和折斷的風險，同時也有利于控制加工過程中的熱量產生，保證加工精度。例如，在加工深度為 10mm 的槽時，若一次性銑削至所需深度，刀具可能因承受過大的切削力而損壞；采用分層銑削，每次切削深度設定為 2 - 3mm，分 4 - 5 次完成加工，則可使加工過程更加平穩。順銑和逆銑的選擇也會影響加工效果。順銑時，刀具的切削力方向與工件的進給方向相同，切削過程較為平穩，刀具磨損相對較小，加工表面質量較高，適用于對表面質量要求較高的精加工工序；逆銑時，刀具的切削力方向與工件的進給方向相反，切削力較大，容易使工件產生振動，且刀具磨損較快，但逆銑在去除工件表面硬皮等方面具有一定優勢，常用于粗加工。在實際加工中，需根據工件材料特性、加工要求以及機床性能等因素綜合考慮選擇順銑還是逆銑。

鉆孔工藝參數要點

鉆頭選擇

由于 PEEK 棒材的特性，鉆孔時應選用特殊設計的鉆頭。鉆頭的材質一般為高速鋼或硬質合金，其中硬質合金鉆頭因其高硬度和良好的耐磨性，在鉆削 PEEK 棒材時表現更為出色，尤其適用于批量鉆孔加工。鉆頭的幾何形狀對鉆孔質量和效率影響顯著。118° 鉆尖角是鉆削 PEEK 棒材較為合適的角度，它能使鉆頭在鉆入材料時，切削力分布較為均勻，有利于順利鉆進；12° 后角可減少鉆頭后刀面與已加工孔壁之間的摩擦，降低鉆孔過程中的扭矩，防止因摩擦過熱導致材料損壞。此外，鉆頭的刃口應保持鋒利，磨損的刃口會使切削力增大，不僅影響鉆孔效率，還可能導致孔壁粗糙、孔徑偏差等問題。因此，在鉆孔過程中，需定期檢查鉆頭刃口的磨損情況，及時進行更換或修磨。

切削參數控制

鉆孔速度一般控制在 120m/min 左右。速度過高，鉆頭與材料之間的摩擦加劇，產生的熱量過多，易使 PEEK 棒材局部軟化，導致孔徑擴大、孔壁粗糙，甚至鉆頭折斷；速度過低，則鉆孔效率低下。進給量在 0.05 - 0.20mm 之間較為適宜。較小的進給量可使鉆孔過程更加平穩，孔壁質量更好，但加工效率較低；較大的進給量能提高鉆孔效率，但可能會使孔壁表面粗糙度增加，且對鉆頭的磨損也更為嚴重。在實際鉆孔時，需根據具體的加工要求，如對孔徑精度、孔壁粗糙度以及加工效率的側重，合理調整進給量。例如，在鉆削醫療設備中用于安裝精密零部件的孔時，對孔徑精度和孔壁粗糙度要求極高，此時應選擇較小的進給量，如 0.05 - 0.1mm；而在進行一些對精度要求相對較低的結構件鉆孔時，為提高加工效率，可適當增大進給量至 0.1 - 0.2mm。

排屑與冷卻

鉆孔過程中產生的切屑若不能及時排出，會在孔內堆積，導致鉆頭磨損加劇、鉆孔精度下降，甚至可能使鉆頭折斷。因此，有效的排屑措施至關重要。可采用高壓冷卻液將切屑沖出孔外，高壓冷卻液在將切屑沖刷出孔的同時，還能起到冷卻作用，降低鉆孔區域的溫度。在選擇冷卻液時，與車削類似，水基冷卻液具有良好的冷卻性能，能有效降低切削溫度；對于一些對潤滑性能有較高要求的鉆孔加工，可選用含有特殊添加劑的冷卻液，它能在鉆頭與材料之間形成潤滑膜，減少摩擦，提高鉆孔質量。此外，在鉆孔過程中，可適當采用啄鉆的方式，即鉆頭鉆入一定深度后，退出一段距離，將孔內的切屑排出，然后再繼續鉆進。這種方式能有效防止切屑在孔內堆積，尤其適用于深孔鉆削加工。例如，在鉆削深度為 50mm 的孔時，采用啄鉆方式，每次鉆進 5 - 10mm 后退出排屑，可大大提高鉆孔的成功率和加工質量。