PEEK CNC 加工：工程师指南

• 1
  PEEK 的加工特性为何不同于金属
• 2
  按零件选择 PEEK 牌号
• 3
  去应力、夹具与工件夹持
• 4
  适用的刀具与进给参数
• 5
  PEEK 实际能达到的公差
• 6
  PEEK 牌号与工艺对比
• 7
  何时不宜选用 PEEK

PEEK 是聚醚醚酮，一种主链含芳环的高性能热塑性塑料。该主链使其熔点约为 343 °C、玻璃化转变温度约为 143 °C，因此零件在远超大多数塑料软化的温度下仍能保持刚性。这也意味着切屑具有磨蚀性，且热量无处散失。

实际问题在于热。金属通过切屑和工件将热量传导出去。PEEK 导热性差，摩擦热会积聚在切削刃处。使用钝刀时，表面会被涂抹而非剪切，留下粗糙的表面和发亮烧焦的边缘。刀具磨损快，因为同样的热量会软化涂层。

第二个差异是刚性随温度的变化。低于玻璃化转变温度时，PEEK 表现为刚性、略带脆性的固体。高于该温度时，模量急剧下降，材料变得像皮革一样。产生过多热量的精加工走刀可能在切削过程中将薄壁推过该温度点，薄壁会偏离刀具。

第三个是结晶度。PEEK 是半结晶材料，结晶比例取决于原料的冷却方式。同一牌号的快速淬火挤出棒材与缓慢冷却的模压板材加工表现不同。淬火件在切削后释放应力并发生更大变形。这就是为什么两家供应商可能对同一材料报价，却交付不同结果。

• 1
  低导热性热量停留在刃口；使用锋利刀具并充分供给切削液或吹气。
• 2
  玻璃化转变温度约 143 °C将切削温度控制在其下，否则薄壁会偏让。
• 3
  半结晶原料的冷却历史决定加工后的变形量。

未填充 PEEK 是基准：强度高、耐化学腐蚀、电绝缘，且最容易加工出光洁表面。如果零件是密封载体、绝缘衬套或腐蚀性流体中的泵部件，未填充牌号通常是正确的起点。

添加填料会改变加工特性。玻纤填充牌号提高刚性并降低热膨胀，但玻璃会快速磨损硬质合金刀具，表面也偏暗。碳纤填充牌号增加刚性和导电性，若需泄放静电则有用，但它们是该系列中磨蚀性最强、边缘最易崩缺的。

轴承牌号混入 PTFE、石墨或碳纤维以降低摩擦和磨损。它们加工性尚可，但切屑略带粘性，可能缠绕小直径立铣刀。如果零件在干摩擦条件下与钢轴配合运行，轴承牌号物有所值。如果只承受静态载荷，则不必选用。

医用牌号的重要性另有原因。植入级 PEEK 在受控工艺下生产，并按标准记录。机械性能数值相同的通用牌号不能替代，再高的加工精度也无法弥补文件记录的差距。牌号应与最终客户要求的文件相匹配。

• 1
  未填充表面最佳、最易切削。绝缘件和化工用途的默认选择。
• 2
  玻纤填充刚性更高、膨胀更低。磨蚀性强；注意刀具磨损。
• 3
  碳纤填充刚性强且导电。最易发生边缘崩缺。
• 4
  轴承牌号干运行接触时摩擦更低。切屑略带粘性。

挤出 PEEK 棒材和板材带有冷却产生的残余应力。在其上加工槽后材料会松弛，导致槽收缩或零件弯曲。解决办法是在最终切削前进行退火。常见做法是缓慢升温至低于熔点的温度，保温，然后在数小时内受控冷却。跳过这一步是零件在机床上测量合格、第二天却不合格的最常见原因。

对于平面度或平行度要求严格的零件，先粗加工，再退火，然后精加工。该顺序让大部分应力在保持最终公差之前释放。这会多花一天，但能省去一轮返工，而 PEEK 原料价格高昂，返工代价很大。

夹具需要谨慎。PEEK 比铝软，淬硬钳口会在已加工表面留下压痕。使用按零件轮廓加工的软钳口，或对薄板使用真空吸盘。夹紧力应为能抵抗切削力的最小值。过度夹紧薄壁会使其弯曲，刀具按弯曲形状切削，松开台虎钳后又会弹回。

薄壁和深腔是难点。壁厚低于约 1.5 mm 时，偏让开始占主导。若几何形状允许，从两侧支撑，采用小的径向切深，并留足余量进行弹簧走刀，使最终尺寸在最小载荷下切出。

• 1
  粗加工、退火、精加工在保持最终尺寸前让应力释放。
• 2
  软钳口或真空淬硬钳口会在已加工的 PEEK 表面留下压痕。
• 3
  最小夹紧力过度夹紧会使薄壁弯曲；松开后弹回。

使用锋利、抛光的硬质合金刀具。高正前角和锋利刃口能剪切材料，而不是推挤材料。无涂层或薄涂层硬质合金比厚涂层更耐用，因为刃口升温时涂层会剥落。两刃和三刃立铣刀排屑好，并为排屑留出空间。

切削速度对塑料来说算中等，但对造成的刀具磨损来说偏高。主轴转速用铝件的范围是合理的，但每齿进给要足够大，让刀具真正切削而不是摩擦。摩擦只生热不去除材料，这正是 PEEK 最怕的失效模式。

深切削时冷却不是可选项。大流量切削液、强吹气或雾化冷却能让刃口温度低于玻璃化转变温度。未填充 PEEK 的轻精加工走刀，单用吹气通常就够。碳填充牌号和深腔加工要用大流量切削液冲走磨屑，并延长刀具寿命。

铰孔和攻丝需要单独设定参数。PEEK 热膨胀大，热态铰出的孔冷却后会偏小。攻丝用略大尺寸或改制的丝锥，经常退刀排屑；丝锥变钝时螺纹牙侧会撕裂。较大螺纹用螺纹铣削可避免切屑堵塞问题。

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  锋利抛光硬质合金高正前角。薄涂层或不涂层。
• 2
  不要摩擦每齿进给要足够大，以剪切而非抛光。
• 3
  控制热量每次深切削都用大流量切削液、雾化或强吹气。
• 4
  冷态铰孔和攻丝热膨胀会让热态测量的孔偏小。

对于稳定、支撑良好、已退火并用轻切削走刀精加工的部位，PEEK 能达到我们在金属上保持的公差范围，关键特征可到 ±0.005 mm。这个数值不是自动成立的，取决于壁厚、零件尺寸以及几何形状允许材料变形的程度。

尺寸比材料规格所暗示的更重要。20 mm 衬套和 300 mm 板材是不同的问题。长跨度上热膨胀和残余应力会叠加。20 °C 下测量差 0.01 mm 的零件，车间温度变化后可能差 0.05 mm，因为 PEEK 每度的膨胀量是钢的几倍。

湿度是另一个缓慢变量。PEEK 会吸收少量水分，干态加工后存放在潮湿空气中的零件会略微胀大。紧配合要规定测量时的状态。我们在零件稳定后测量，并可应要求随数据报告温度。

检测遵循同样的逻辑。三坐标测量机接触测头对实体特征没问题，但薄壁可能被测针推动，那里更适合非接触或低测力方法。我们发货前 100% 检测，并可应要求提供报告。

• 1
  ±0.005 mm 可实现在稳定、已退火、轻精加工的特征上。
• 2
  长零件漂移更大热膨胀是钢的几倍。
• 3
  规定测量条件温度和湿度都会改变读数。