机械配件中工程塑料的应用

于桂平

（金肯职业技术学院， 江苏 南京 211156）

引言

工程塑料是指综合性能良好、可以在较为严苛的物理环境中保持稳定性的材料。随着中国制造业的发展，机械配件中对于工程塑料的需求不断加大，为工程料的发展提供了广阔的应用前景。在将工程塑料应用在机械配件的研究中，烟机生产线是其中的一个典型案例，本文将以工程塑料在烟机中的应用为例来进行论述。

1 工程塑料在烟机设备中选用的要求

在烟草的制造上，目前我国大多数的烟机设备都全靠进口，且烟机在使用过程中由于需要高转速的运行要求，使得烟机设备的配件极易磨损。当前，国内烟机设备生产速度已经高达7 000～8 000支/min，其转速非常高，这就要求在配件选择上耐磨、精度高、表面光滑，并且质量比较轻，因此，工程塑料就成为了烟机配件的首选材料，它不仅满足以上要求，而且还具备加工方法多样，成型加工投资少、成本低、周期短，对压力和温度的要求相比其他材料都要低等优点。然而，在烟机配件设备中选择的工程塑料还应该具备一些特点[1]：

1）烟机塑料配件需要表面光滑且耐磨。由于烟机设备的转速非常高，其配件往往容易磨损，因此，需要烟机设备具备较高的耐磨性，此外，为了保证烟支和烟盒不被设备划伤，这些配件还必须表面光滑。事实上，工程塑料容易成型，可塑性较强，通过模压成型工艺生产出来的塑料配件，可以很好地做到表面光滑，此外，工程塑料也具有较好的耐磨性，比如以常见的工程塑料聚甲醛为例，对其中的改性过程进行说明：聚甲醛根据结构的不同可以分为均聚物和共聚物两种，在力学性能上具有显著的优势，接近于金属和合金材料的高模量和高度，拉伸强度随速度的增大而增大，在韧性和耐疲劳性上具有较大优势。尽管聚甲醛存在缺口敏感性较大、摩擦因数较大等问题，但可以利用添加玻璃纤维、石墨以及金属粉末等方式对其进行改性实验，使其塑料力学性能得到提高，改善聚甲醛复合材料的耐磨性等。

2）烟机设备要求塑料配件的质量轻，密度小。相比其他材料，塑料的密度小，同样大小的配件，工程塑料的质量都要小。因此，选择质量轻、密度小的工程塑料来做烟机设备的配件能有效保证烟机设备的高速运转，同时最大程度地降低了设备的能耗和磨损。

3）烟机设备的配件还需要有高等级的精度要求。由于生产的烟支和烟盒的精度要求比较高，且运转速度快，这就要求烟机生产设备的相关配件必须具备较高的精度，这样才能保证烟机设备的正常运转。这就需要在选择配件时，应尽量选择价格低廉、自润性良好、尺寸温度性和较高的耐磨性的配件。对此，工程塑料中的聚甲醛、聚酞亚胺和聚四氟乙烯等材料都具有较好的自润性，它们可以用于生产一些摩擦配件，同时还可以填充到其他的物料中，不仅可以提高配件的耐磨性和自润性，还可以提高塑料的承载能量。

2 烟机塑料配件制品的选用原则

烟机塑料配件必须具备较高的精度，而工程塑料配件的精度一般受到四个因素的影响，即收缩率、吸水性、热膨胀性和蠕变性，因此，在具体选择上应该遵循四个原则。

1）选用收缩率小，精准及无后收缩品种作为烟机配件塑料。要确保烟机塑料配件的精准度，首先应该保证生产出来的产品收缩率小，收缩性稳定特别是无后收缩产品，由于工程塑料的后收缩时间一般都很长，如果存在后收缩性就难以保证其精度，因此可以选择PE和PS等刚性聚合物作为制品材料。

2）选择低吸水性塑料。由于烟机生产过程中，烟支和烟盒都容易受潮，生产车间需要保持干燥，如果生产设备容易吸水，就不利于营造一个干燥的环境，生产出来的产品就容易受潮变质，对此可以选用PPS、PBT及PVDF等低吸水性塑料。

3）选择热膨胀系数小的塑料。热膨胀系数越小，所生产出来的塑料制品精度越高，因此，可以选择热膨胀系数性小的塑料产品，如热固性塑料、PC、PSF、PES、PPO及聚苯醋等材料。

4）选择蠕变值较小的塑料。蠕变值越大，受力时就越容易变形，因此，为了保持烟机塑料配件的高精度，必须选择蠕变值较小的材料，如PSF、PPO、热固性塑料等。

3 烟机塑料配件成型的工艺

为了保证烟机塑料配件生产的高精度要求，一定要选择精度较高的成型生产工艺。对于一般机械配件的生产，钻孔、切削等都是常见的加工工艺，但是在工程塑料加工时，则优先选择模压成型和注塑工艺，因为钻孔和切削容易产生高温，塑料容易出现融化，不容易定型。烟机塑料配件的生产往往是小批量的，因此更多的选择模压成型工艺。模压成型是将工程塑料原料直接在高温的模具型腔中闭模加压成型，其加工过程较为简单，具有成本较低的优势，在小批量烟机配件的生产上具有优势。在具体的过程上，由以下五个步骤组成[2]：

1）处理原料，通过将原料树脂和增强纤维混合后进行预浸；

2）在第一步的基础上将原材料处理完成后进行预热，通过高频加热的方式使其到达一种熔融均匀状态；

3）熔体充模，在这个过程中让塑料熔体在烟机的整个空间中达到一种充盈的状态，保证塑料制品的最终力学性能；

4）让物料由一种黏流态冷却成为固态，控制好模压温度、原料种类以及产品壁厚等因素来对固化程度等进行控制；

5）最后一步的脱模处理，由于在模压成型的过程中受到热膨胀系数等因素的影响，为了避免脱模时出现冷却造成产品形变等问题，要对制品脱模后进行冷却压缩等处理，降低其冷却的影响。

在经历模压成型后，可以在一定程度上满足一般配件的使用需求，但是对于机械配件而言，在精度等因素上具有较高的要求，需要经过切削以及专控等加工处理方式来进行进一步的加工。在对工程塑料进行机械加工时，可以采用使用普通金属切削机来进行加工，对其切削速度以及加工技术进行控制，保证制件的表面光滑度。针对工程塑料导热性差以及热膨胀系数高、熔点低以及易开裂等因素的影响，在进行加工时要考虑到钻头螺旋角以及制件尺寸等问题。对于加工中出现的刀具磨损以及由于刀具在运行中产生的热气使得塑料融化等现象要进行重视。

4 结语

在模压成型的工程塑料制品尺寸公差和表面粗糙度整体的比较上来看，机械配件的精度较好，可以很好地适应烟机对于零配件的需求。随着我国制造业的不断发展，要加大相关的科研力度，为制造业的发展提供更多的可能。

参考文献

[1] 吴春芝.塑料工程化研究进展[J].工程塑料应用，2004（1）：64-67.

[2] 张晓云，谈桂春，高英莉.2004年我国工程塑料加工技术进展[J].工程塑料应用，2005（6）：63-69.