机加工 PEEK 棒材注意事项：车削 / 铣削 / 钻孔工艺参数指南

PEEK（聚醚醚酮）棒材凭借其卓越的耐高温、耐腐蚀、耐磨以及高强度等特性，在航空航天、医疗、汽车制造等众多高端领域得到广泛应用。然而，这些出色的性能也给其机加工带来了一定挑战。要实现高精度、高质量的 PEEK 棒材机加工，深入了解车削、铣削、钻孔等关键工艺参数至关重要。

车削工艺参数要点

刀具选择

由于 PEEK 棒材具有较高的硬度和耐磨性，刀具材质的选择极为关键。硬质合金刀具是车削 PEEK 棒材的常用选择，其具备良好的耐磨性和较高的硬度，能够有效应对 PEEK 棒材在车削过程中的切削力。对于一些对表面质量要求极高、精度达到微米级别的车削加工，金刚石刀具则能发挥出其优势，它能实现极为精细的切削，大大提高加工表面的光洁度。但需注意，金刚石刀具成本相对较高，在实际应用中需根据加工需求和成本预算综合考量。在刀具几何形状方面，负前角的车刀较为适合 PEEK 棒材车削。负前角可增强刀具切削刃的强度，使其在面对 PEEK 棒材的切削力时更加稳定，减少刀具破损风险。同时，车刀应配备断屑槽，这有助于在车削过程中对切屑进行有效控制和排出。PEEK 棒材在车削时产生的切屑如果不能及时排出，容易缠绕在刀具和工件上，不仅会影响加工表面质量，还可能损坏刀具，引发安全问题。断屑槽能促使切屑在形成过程中折断，便于排出，确保车削过程的顺利进行。

切削参数设置

切削速度对车削 PEEK 棒材的质量和效率有着显著影响。一般而言，车削 PEEK 棒材的切削速度宜控制在 50 - 300m/min 范围内。若切削速度过低，加工效率会大打折扣，且刀具与工件之间的摩擦时间增加，容易导致刀具磨损加剧；而切削速度过高，会使切削区域产生大量热量，由于 PEEK 棒材的热导率较低，热量难以快速散发，易造成材料局部过热，出现软化、变形甚至烧焦等现象，严重影响加工质量。进给量通常设定在 0.05 - 0.2mm/r。较小的进给量可使加工表面更加光滑，适用于对表面质量要求较高的精加工工序；较大的进给量则能提高加工效率，但可能会在一定程度上降低表面质量，常用于粗加工阶段。切削深度需依据刀具的强度、机床的刚性以及工件的具体要求来确定。在机床和刀具允许的情况下，适当增加切削深度可减少走刀次数，提高加工效率。但过大的切削深度会使切削力大幅增加，可能导致刀具损坏、工件变形等问题。例如，在车削直径为 50mm 的 PEEK 棒材进行粗加工时，若机床刚性良好、刀具强度足够，可将切削深度设置在 2 - 3mm；而在进行精加工时，为保证表面质量，切削深度应减小至 0.1 - 0.5mm。

冷却与润滑

PEEK 棒材在车削过程中会产生大量热量，有效的冷却与润滑措施必不可少。冷却的主要目的是降低切削区域的温度，防止材料因过热而性能下降，同时也能延长刀具使用寿命。可采用高压冷却、喷雾冷却等方式，将冷却液精准地喷射到刀具与工件的接触区域。高压冷却能够以较大的压力将冷却液快速输送到切削部位，带走大量热量，且能对切屑起到冲刷作用，使其更容易排出。喷雾冷却则是利用压缩空气将冷却液雾化后喷射到切削区，这种方式既能实现冷却效果，又能减少冷却液的使用量，较为环保。在选择冷却液时，水基冷却液具有良好的冷却性能，能迅速降低切削温度，适用于大多数 PEEK 棒材车削加工场景；对于一些对润滑性能要求较高的加工，可选用油基冷却液，它能在刀具与工件表面形成一层润滑膜，减少摩擦，提高加工表面质量。但在医疗等对材料生物相容性有严格要求的领域，使用油基冷却液时需谨慎，避免冷却液残留对产品造成污染。

铣削工艺参数要点

刀具选用

铣削 PEEK 棒材时，刀具材质同样以硬质合金为主。对于一些含有玻璃纤维、碳纤维等增强材料的 PEEK 棒材，由于其硬度更高、耐磨性更强，对刀具的磨损更为严重，此时可选用聚晶金刚石（PCD）或金刚石涂层刀具。PCD 刀具具有极高的硬度和耐磨性，能有效抵抗增强材料的磨损作用，保证铣削过程的稳定性和刀具寿命；金刚石涂层刀具则是在普通刀具表面涂覆一层金刚石薄膜，使其兼具金刚石的高硬度和普通刀具的良好韧性，在一定程度上提高了刀具的切削性能和耐用性。在刀具类型方面，立铣刀是铣削 PEEK 棒材常用的刀具之一，其可用于平面铣削、轮廓铣削、槽铣削等多种加工操作。为了提高铣削效率和加工质量，立铣刀的齿数、刃长、刃口形状等参数需根据具体加工要求进行合理选择。例如，在进行大面积平面铣削时，可选用齿数较多的密齿立铣刀，以增加同时参与切削的刃数，提高进给速度，提升加工效率；而在进行轮廓铣削或加工复杂形状时，应选择刃口锋利、齿数较少的立铣刀，以便更好地跟随轮廓进行切削，减少刀具与工件之间的干涉。

切削参数确定

铣削速度一般控制在 180 - 230m/min。在此速度范围内，既能保证一定的加工效率，又能避免因速度过快导致刀具磨损加剧和材料过热。若铣削速度低于 180m/min，单位时间内刀具切削的材料量减少，加工效率会明显降低；若高于 230m/min，刀具与材料之间的摩擦和冲击加剧，产生的热量过多，不仅会使刀具磨损加快，还可能导致 PEEK 棒材表面出现烧伤、变形等缺陷。进给量的选择与刀具直径、齿数以及加工表面质量要求等因素相关。通常情况下，每齿进给量可在 0.05 - 0.2mm 之间取值。对于精加工，为了获得更好的表面质量，每齿进给量应取较小值，如 0.05 - 0.1mm；在粗加工时，为提高加工效率，可适当增大每齿进给量至 0.1 - 0.2mm。切削深度需根据机床的功率、刚性以及刀具的强度来确定。在机床和刀具允许的条件下，对于平面铣削，切削深度可在 0.5 - 3mm 之间选择；对于槽铣削等加工，切削深度则需根据槽的深度要求进行合理设置，但一般不宜超过刀具直径的 0.5 倍，以免刀具承受过大的切削力而折断。

加工策略

在铣削 PEEK 棒材时，合理的加工策略对提高加工质量和效率至关重要。分层铣削是一种常用的策略，尤其在加工较深的槽或轮廓时。通过分层铣削，每次切削的深度较小，可有效降低刀具承受的切削力，减少刀具磨损和折断的风险，同时也有利于控制加工过程中的热量产生，保证加工精度。例如，在加工深度为 10mm 的槽时，若一次性铣削至所需深度，刀具可能因承受过大的切削力而损坏；采用分层铣削，每次切削深度设定为 2 - 3mm，分 4 - 5 次完成加工，则可使加工过程更加平稳。顺铣和逆铣的选择也会影响加工效果。顺铣时，刀具的切削力方向与工件的进给方向相同，切削过程较为平稳，刀具磨损相对较小，加工表面质量较高，适用于对表面质量要求较高的精加工工序；逆铣时，刀具的切削力方向与工件的进给方向相反，切削力较大，容易使工件产生振动，且刀具磨损较快，但逆铣在去除工件表面硬皮等方面具有一定优势，常用于粗加工。在实际加工中，需根据工件材料特性、加工要求以及机床性能等因素综合考虑选择顺铣还是逆铣。

钻孔工艺参数要点

钻头选择

由于 PEEK 棒材的特性，钻孔时应选用特殊设计的钻头。钻头的材质一般为高速钢或硬质合金，其中硬质合金钻头因其高硬度和良好的耐磨性，在钻削 PEEK 棒材时表现更为出色，尤其适用于批量钻孔加工。钻头的几何形状对钻孔质量和效率影响显著。118° 钻尖角是钻削 PEEK 棒材较为合适的角度，它能使钻头在钻入材料时，切削力分布较为均匀，有利于顺利钻进；12° 后角可减少钻头后刀面与已加工孔壁之间的摩擦，降低钻孔过程中的扭矩，防止因摩擦过热导致材料损坏。此外，钻头的刃口应保持锋利，磨损的刃口会使切削力增大，不仅影响钻孔效率，还可能导致孔壁粗糙、孔径偏差等问题。因此，在钻孔过程中，需定期检查钻头刃口的磨损情况，及时进行更换或修磨。

切削参数控制

钻孔速度一般控制在 120m/min 左右。速度过高，钻头与材料之间的摩擦加剧，产生的热量过多，易使 PEEK 棒材局部软化，导致孔径扩大、孔壁粗糙，甚至钻头折断；速度过低，则钻孔效率低下。进给量在 0.05 - 0.20mm 之间较为适宜。较小的进给量可使钻孔过程更加平稳，孔壁质量更好，但加工效率较低；较大的进给量能提高钻孔效率，但可能会使孔壁表面粗糙度增加，且对钻头的磨损也更为严重。在实际钻孔时，需根据具体的加工要求，如对孔径精度、孔壁粗糙度以及加工效率的侧重，合理调整进给量。例如，在钻削医疗设备中用于安装精密零部件的孔时，对孔径精度和孔壁粗糙度要求极高，此时应选择较小的进给量，如 0.05 - 0.1mm；而在进行一些对精度要求相对较低的结构件钻孔时，为提高加工效率，可适当增大进给量至 0.1 - 0.2mm。

排屑与冷却

钻孔过程中产生的切屑若不能及时排出，会在孔内堆积，导致钻头磨损加剧、钻孔精度下降，甚至可能使钻头折断。因此，有效的排屑措施至关重要。可采用高压冷却液将切屑冲出孔外，高压冷却液在将切屑冲刷出孔的同时，还能起到冷却作用，降低钻孔区域的温度。在选择冷却液时，与车削类似，水基冷却液具有良好的冷却性能，能有效降低切削温度；对于一些对润滑性能有较高要求的钻孔加工，可选用含有特殊添加剂的冷却液，它能在钻头与材料之间形成润滑膜，减少摩擦，提高钻孔质量。此外，在钻孔过程中，可适当采用啄钻的方式，即钻头钻入一定深度后，退出一段距离，将孔内的切屑排出，然后再继续钻进。这种方式能有效防止切屑在孔内堆积，尤其适用于深孔钻削加工。例如，在钻削深度为 50mm 的孔时，采用啄钻方式，每次钻进 5 - 10mm 后退出排屑，可大大提高钻孔的成功率和加工质量。