聚四氟乙烯在機床維修中的應(yīng)用

姜 虹

聚四氟乙烯在機床維修中的應(yīng)用

綜述

姜 虹
(中國第一重型機械股份公司中型裝備制造分廠，黑龍江161042)

聚四氟乙烯導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)小、耐磨性好、粘接強度高、維修方便的特點。本文介紹了聚四氟乙烯在機床上的粘接工藝流程以及在機床修理中的應(yīng)用。聚四氟乙烯降低了機床導(dǎo)軌的磨損，提高了零件的加工精度，延長了設(shè)備使用壽命，經(jīng)濟效益可觀。

聚四氟乙烯；機床；導(dǎo)軌；粘接；應(yīng)用

近十幾年來，美國、英國、日本、德國、蘇聯(lián)等工業(yè)發(fā)達國家在機床上已普遍采用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。該材料的軟帶是一種耐磨的工程塑料，除用于機床導(dǎo)軌外，還開發(fā)出了多種用途，如加工和修復(fù)易磨機件，像滑塊、塞塊、軸瓦和機床的軌道等。其主要特點為摩擦系數(shù)小、耐磨性好、粘接強度高、維修方便。

1 聚四氟乙烯導(dǎo)軌的特性

聚四氟乙烯摩擦系數(shù)較低，對金屬的摩擦系數(shù)在0.07～0.14之間，所以機床導(dǎo)軌貼上聚四氟乙烯材料后，運轉(zhuǎn)流暢，振動噪音小，并能防止低速時的爬行。在短期無油或少油的情況下，導(dǎo)軌不會發(fā)生研傷，還可以降低摩擦面的損耗，從而提高機床的使用壽命，降低導(dǎo)軌本身的加工成本。

為了提高聚四氟乙烯材料的抗壓強度、硬度、耐磨性、潤滑性、抗負(fù)載變形性及其尺寸穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性，在20世紀(jì)60年代初又開發(fā)了填充聚四氟乙烯，從而開辟了聚四氟乙烯在機械領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

填充聚四氟乙烯導(dǎo)軌加入了金屬填料，不僅導(dǎo)熱性得到了改善，而且耐磨性、抗壓強度和硬度也大幅度的提高。其原因就是當(dāng)填充聚四氟乙烯導(dǎo)軌面與金屬導(dǎo)軌面靜接觸時，金屬導(dǎo)軌表面上的亞微觀凸峰中的一部分與填充聚四氟乙烯導(dǎo)軌中的金屬?；ハ鄧Ш?，其余部分與聚四氟乙烯相嚙合，凸峰被聚四氟乙烯中所含的金屬顆粒強化了，使其抗彎強度和硬度提高了。金屬對磨時，由于金屬微粒的作用，金屬對磨面的凸峰楔入填充聚四氟乙烯的深度比純聚四氟乙烯淺多了。對磨時產(chǎn)生的摩擦由聚四氟乙烯-金屬和金屬-金屬兩部分組成，前者保持了摩擦系數(shù)低的性能，后者因金屬強化作用使聚四氟乙烯耐磨。靜接觸時填充聚四氟乙烯中的金屬粒把填充聚四氟乙烯支撐在金屬表面的凸峰上，對磨時，金屬顆粒托著填充聚四氟乙烯在峰頂上滑過。一般在一定范圍內(nèi)，金屬填料含量增加，摩擦系數(shù)也隨著增大。但由于所加金屬都是金屬固體潤滑劑，所以其摩擦系數(shù)變化不大，而耐磨性卻大大提高了。

聚四氟乙烯導(dǎo)軌與鑄鐵以及其他塑料導(dǎo)軌相比，具有無可比擬的優(yōu)越性，但是表面未經(jīng)過活化處理的聚四氟乙烯要與機床導(dǎo)軌很牢固的粘結(jié)在一起是不可能的，原因是聚四氟乙烯是典型的難粘材料，直接用粘結(jié)劑很難達到高強度的粘接。近三十年來，國外對聚四氟乙烯的粘接研究大多集中在難粘原因及各種表面處理方法上，但至今仍未開發(fā)出一種不需要表面處理、使用方便、粘接強度高的膠黏劑。

聚四氟乙烯表面的處理方法大致有以下幾種：化學(xué)處理——鈉處理，硫酸重鉻酸處理；機械處理——噴砂處理；放電處理——輝光放電、電暈放電；其他——放射線照射(r線、電子線)，接枝聚合等。在各種方法中，效果最好、應(yīng)用最廣泛的方法為鈉-萘-四氫呋喃鉻合溶液活化處理法，又稱濕式處理法。濕式處理法的工作原理是經(jīng)過活化處理的填充聚四氟乙烯材料表面發(fā)生了化學(xué)變化，材料表面的部分氟原子被鈉-萘-四氫呋喃鉻合溶液中的鈉奪走，表面上留下了碳化層(其深度約為1 μm)和某些基團，臨界表面張力由原來的1.85 Pa提高到了5 Pa。而通用粘接劑，如環(huán)氧膠粘劑的表面張力為(4～6)Pa，接近于活化聚四氟乙烯的臨界表面張力，故它能在聚四氟乙烯表面形成良好的潤溫狀態(tài)，即能牢固地粘接活化聚四氟乙烯材料。

聚四氟乙烯還具有突出的耐水、耐堿水、耐油、耐高低溫交變及耐紫外線等多種綜合性能。

2 聚四氟乙烯在機床上的粘接工藝

對粘接工藝的要求可用平、凈、干、勻、足五個字來概述。所謂平，即粘接面要平整；凈，被粘接面一定要清洗干凈不能有油污灰塵等；干，即清洗后的待粘表面要保持干燥；勻，即調(diào)膠、涂布要均勻；足，即要有足夠的壓力和足夠的固化時間。

其具體的工藝過程如下：

(1)下料

根據(jù)被粘面磨損程度決定需要粘接板材的厚度，再按被粘面尺寸下料，長寬均應(yīng)有余量(2 mm～5 mm)，以防粘接時滑位。

(2)機械加工

粘接前，導(dǎo)軌面要刨平，加工后的導(dǎo)軌面對硬度無要求。一般來說粘接強度隨表面粗糙度的增加而增加，但表面太粗糙反而會降低粘接強度，表面粗糙度以Ra6.3 μm～Ra1.60 μm為宜。將粘接表面加工成十字交錯形狀，寬(2～3)mm深度為(1.5～2)mm，在交叉點上鉆?4 mm孔，交錯面積為40 mm×40 mm，這樣可以增加粘接強度。

(3)清洗

為了去除油污、銹垢、氧化物及塵埃等，粘接前需要對粘接表面清洗。

金屬粘接表面的清洗程序為：將不易脫紗的布剪成小塊，用丙酮擦拭金屬粘接面，擦拭方式應(yīng)重復(fù)由一端擦向另一端，擦拭到潔白無垢為止，切忌來回往復(fù)插拭，以防表面再次被污染。

活化填充聚四氟乙烯粘接面的清冼。經(jīng)過活化的聚四氟乙烯是比較干凈的，但由于在包裝、運輸過程中難免會使表面帶有塵垢或油污，所以有必要用棉球或紗布蘸上丙酮將其擦洗干凈。

清洗過的表面要保持清潔，不可用手觸摸。

(4)粘接

將J-2012導(dǎo)軌膠的A 、B兩種成分按1 ∶1(重量)的比例混合均勻，根據(jù)用量(大約每平方米涂膠200 g～250 g)隨時調(diào)配，調(diào)勻后涂在清潔的被粘面上。粘結(jié)強度一般是隨膠層厚度的減薄而增加，原因是薄而均勻的膠層在界面產(chǎn)生缺陷的可能性較小，具體原因是熱固性樹脂在固化時，薄的膠層由于膨脹、收縮而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力比厚的膠層小。但是如果膠層太薄，兩個被粘表面又不十分平整時，有些地方就會因缺膠而使強度下降。所以膠層既要均勻又要薄，一般控制在0.07 mm～0.04 mm厚度為宜。

J-2012導(dǎo)軌膠為無溶劑膠粘劑，無需晾置。為了防止導(dǎo)軌膠與其他物體粘貼，可將紙或聚乙烯薄膜鋪在配壓面上，也可采用在非粘臺面上涂一層潤滑油代替墊紙。為避免導(dǎo)軌竄動或翻轉(zhuǎn)配壓時導(dǎo)軌板因自重或卷曲而脫落，最好貼合后放置0.5 h～1 h再翻轉(zhuǎn)配壓。J-2012導(dǎo)軌膠固化時不排出低分子氣體，所以只需要一定的接觸壓力即可(約5×104Pa)。當(dāng)所粘接的導(dǎo)軌較長，采用的聚四氟乙烯較厚或者精度要求較高時，可適當(dāng)增大壓力(約10×104Pa)。

(5)修正

固化完全后(夏秋季固化時間為2天，冬季為2～3天)去壓，用刮刀或其他刀具將活化填充聚四氟乙烯導(dǎo)軌板邊角修整成坡形，其寬度比導(dǎo)軌面窄1 mm～2 mm。

(6)開油孔及裝配

填充聚四氟乙烯可以在少油甚至無油的狀態(tài)下正常工作，但在有潤滑油的條件下摩擦性能更佳。因此需要開油孔，可不開油槽。最后檢驗精度、裝配。

3 車床導(dǎo)軌的粘接實例

下面以一車床導(dǎo)軌的粘接為例，詳細(xì)介紹導(dǎo)軌的粘接工藝。

(1)床身導(dǎo)軌面與工作臺導(dǎo)軌面尺寸配合。

(2)根據(jù)導(dǎo)軌磨損后的刨削深度選用導(dǎo)軌板，一般平導(dǎo)軌選用2 mm厚導(dǎo)軌板粘接，V形導(dǎo)軌采用1.5 mm厚導(dǎo)軌板進行粘接。

(3)考慮到粘接板較厚長，采取將粘接板鋪在床身上，分別在粘接板與工作臺導(dǎo)軌面上涂膠，再將工作臺壓上的方法，以確保其穩(wěn)定性及牢固性。

(4)粘接板下料長度比工作臺導(dǎo)軌長200 mm～300 mm，以便在兩端固定鋼絲拉緊。

(5)導(dǎo)軌板長度需要拼裝時，一般采用0.2 mm厚銅皮做卡子，因下料時的平導(dǎo)軌寬10 mm， V形導(dǎo)軌寬8 mm，這樣打卡后不影響粘接。導(dǎo)軌板接頭如圖1所示。粘接固化后，修邊時把卡子修去。

(6)為防止鐵屑及其他臟物進入導(dǎo)軌付，本次改造設(shè)計了多層防護板。防護板結(jié)構(gòu)如圖2所示。

經(jīng)過半年多使用證明，多層防護板密封效果比普通裝置密封效果更佳，而且可以隨時調(diào)節(jié)防護板與導(dǎo)軌面之間的預(yù)緊力，以消除因磨損而產(chǎn)生的間隙。

(7)按粘接工藝過程進行粘接。

圖1 導(dǎo)軌板接頭Figure 1 Joint of guide plate

1—工作臺導(dǎo)軌 2—壓板 3—螺釘(M10) 4—墊板 5—油毛氈6—耐油橡膠 7—螺釘(M8) 8—床身導(dǎo)軌 9—導(dǎo)軌板

4 聚四氟乙烯在機床修理中的應(yīng)用

4.1 在M1432B 磨床改造中的應(yīng)用

對機修車間M1432B磨床進行了精密度提高的改造。將磨頭部分的動壓軸承改為靜壓軸承，床身及砂輪架導(dǎo)軌付采用活化填充聚四氟乙烯導(dǎo)軌板改造。

工作臺導(dǎo)軌有輕度拉傷，將床身與工作臺導(dǎo)軌精刨，使床身導(dǎo)軌在磨床上按工作臺導(dǎo)軌配磨。選1.5 mm厚導(dǎo)軌板粘平軌，1 mm厚導(dǎo)軌板粘v形軌，按粘接工藝粘合。固化后修邊、刮研，使接觸精度達到要求。

砂輪架原為滾動導(dǎo)軌，為保持原有安裝位置及砂輪架與工作臺相對位置不變，經(jīng)計算后按粘接工藝粘接了1.5 mm(平軌)及1 mm(v形軌)導(dǎo)軌板，固化后，修邊刮研。

導(dǎo)軌付改造后防止了工作臺低速度爬行，這為精修砂輪創(chuàng)造了條件，為提高加工精度及粗糙度奠定了基礎(chǔ)。

砂輪架導(dǎo)軌改造后，明顯降低了進給阻力，增強了吸振抗振能力，改善了機床的加工條件，為提高加工精度及粗糙度特別是降低磨削波紋奠定了基礎(chǔ)。磨頭由動壓軸承改為靜壓軸承提高了回轉(zhuǎn)精度與剛度。因此，改造后的機床精度提高，經(jīng)鑒定達到了超精密磨床的水平。

4.2 在普通車床大修中的應(yīng)用

對普通車床大修中采用了活化填充聚四氟乙烯導(dǎo)軌板粘接大溜板。其方法是：床身在導(dǎo)軌磨床磨削加工后，將大溜板導(dǎo)軌面修整(若拉傷較嚴(yán)重則刨削)，確定需加板的厚度(利用原防塵板螺孔，固定調(diào)整架將大溜板支起，找好三杠后，測量滑板與床身導(dǎo)軌之的間隙，決定粘板厚度)，按粘接工藝粘接。

這種方法的優(yōu)勢是改善了導(dǎo)軌付的性能，運行阻力大大下降，磨損減輕，操作方便。使用情況表明，凡采用活化填充四氟乙烯導(dǎo)軌板的車床、床身導(dǎo)軌均保留了原磨削刀紋，無明顯磨痕。根據(jù)三杠位置決定粘板厚度，使進刀箱、溜板箱、三杠架位置均不變，減少了大修工時及更換件數(shù)量。

根據(jù)在普遍車床上使用的經(jīng)驗，采用活化填充聚四氟乙烯導(dǎo)軌板改造原導(dǎo)軌付后，不僅改善了操作條件，而且大大提高了床身導(dǎo)軌尺寸的精度，再配合采用其他一些措施，延長了機床大修期。大幅降低了維修費用，經(jīng)濟效益十分顯著。

5 結(jié)論

(1)聚四氟乙烯與金屬相對滑動摩擦?xí)r，具有低而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，克服了原來操作手柄重等問題，使機床運轉(zhuǎn)輕快，提高了零件的加工精度。

(2)具有突出的耐磨性，大大降低了導(dǎo)軌面的磨損，可提高機床精度，延長使用壽命。

(3)具有吸震性，減小了機床振動和噪聲，防止產(chǎn)生低速爬行。這對數(shù)控機床減少步進電機扭矩?fù)p耗是十分有利的。

(4)由于聚四氟乙烯較軟，當(dāng)各種金屬碎片進入導(dǎo)軌后，可以嵌入其中避免床身自身磨損，同時也可防止對磨金屬的表面拉毛研傷。

(5)自身具有良好的潤滑性，保護了對磨面或?qū)к壊槐荒p。同時在設(shè)備發(fā)生短期缺油或少油時，不致咬傷對磨面或?qū)к墶?/p>

(6)維修成本低廉，應(yīng)用工藝簡便，一般的車床修復(fù)費用為100～200元?？s短了停車周期，延長了設(shè)備使用壽命，為以后的維修打下了良好的基礎(chǔ)。

Application of Polytetrafluoroethylente in Machine Maintenance

JiangHong

Polytetrafluoroethylene guide rail has the features of low friction coefficient, good wear resistance, high sticking strength and convenient maintenance. This paper describes the application of polytetrafluoroethylente in sticking process flow and maintenance of machine. The application of this material decreases machine guide wear, and increases parts processing precision and extends equipment application life, which make economic benefit considerable.

polytetrafluoroethylene; machine; guide; sticking; application

TG502

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編輯 杜 敏