塑料的单刃切削

HEATS

用单刃刀具加工塑料称塑料的单刃切削，主要有车、刨、刮、无齿锯加工等。单刃切削各种塑料工件所使用的刀具类型和用途见表1。刀具的刀杆部分的材料为普通结构钢，而切削部分可用碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷材料或金刚石等制造。

表1 车刀的基本类型及用途

8 W' r6 P8 [) p/ M& e; f/ p* o9 F$ F- c2 W. g8 f8 m- |, |2 [# Z; s& u5 q6 [- m% o% e3 A$ J. q2 l" ?% e7 e/ ~$ T5 Z1 ` s5 ]3 d1 s/ ]8 D/ \- _( u3 F) U, `. G0 t0 B, m( L1 z1 |7 y" v, m" p' W& q" E/ J4 P# ~' h; g% Q$ D) O3 {) S' c+ @, z+ j3 V& ^( B3 ]$ X1 N# t/ d% l# j7 G# ]5 G* D4 v( M4 K' R1 f- [, @, a! `# r) C1 a0 I+ X/ o% Q- x1 C5 V9 K) m, ?* ~6 h; [6 d- }! x# \% W1 N; a8 i M0 E6 m4 S: ^4 P) e' E9 e2 m

名称	9 S/ {- b4 q* ~) o8 o7 ~ 简图和用途	名称	8 v( V" Z1 `( T5 u8 T- r6 b) B0 ^8 R 简图和用途
直头外圆车刀		3 w5 L3 k% v' u6 H1 C 镗   刀	& K% g) Z+ f7 S) e
	车外圆、倒角		6 B5 e( e+ K! i 镗孔，多用于镗盲孔；切轴肩、凸台等
弯头外圆车刀	% V6 n$ F& Z' `+ p N) o6 _	0 t" B/ d: N9 x 切断刀	6 m u( q' P5 d# N5 b2 a. D
	车外圆、车端面、倒角		断刀、切槽
900偏刀		精车刀
	车外圆、车台阶，多用于细长轴		精车外圆

(一) 热塑性塑料的单刃加工 . Y% W/ E& |( B. D# Z

常用的热塑性塑料有聚酯树脂、酚醛树脂、氨基树脂和环氧树脂等，它们大多具有类似玻璃和陶瓷的高脆性，切削时常常形成挤裂切屑和单元切屑，在切削时极易产生裂纹和表面凹坑。因此，为避免裂纹和凹坑的出现，希望获得连续的切屑。连续的切屑表现为切屑长度较长、透明且表面无断口，它仅在小进给量、零前角或小的负前角以及中等以上的切削速度下获得。

1．切削工艺特点 s' ^2 `7 u+ v+ D% n& m3 v

与其它材料相比，热塑性塑料的切削特点如下： ! T5 S$ J g; w7 K5 o, C

(1) 切削力小  实验证明，在相同的切削条件下，切削45钢的主切削力Fz是切削热塑性塑料的14倍，切削热固性塑料的主切削力Fz是切削热塑性塑料的2倍。

(2) 导热系数小，切削区域温度低  由于切削力小，所以切削所消耗的功也少，产生的热量少。但由于塑料的导热系数仅是钢材的1/175～1/458，相应的，切削区域温度有所提高，但和钢材的切削比起来是很低的。

(3) 断屑难  在车削热塑性塑料时，通常形成带状切屑，它往往缠绕在工件和刀具上，有时会挤压成硬团，在车刀由刀架伸出量较小的情况下它将压向工件，影响加工精度，甚至使切削工作不能进行，因而必须及时排出。

(4)  弹性模量小  热塑性塑料的弹性模量仅是普通碳钢的1%，是热固性塑料的80%，切削时在切削力的作用下产生的弹性变形较大。 4 B& @$ ?* {6 T; G; j

(5)  线膨胀系数大  热塑性塑料的线膨胀系数是热固性塑料和钢材的四倍。在高速切削时，必须考虑加工后的工件收缩量，尤其是用尺寸刀具切削时。 # j* {1 [) |9 P% j5 I _

(6)  熔点低  热塑性塑料熔点低，切削时，切削区域内的温度达不到熔点时就开始变软，使被加工材料粘附于刀具的前刀面和后刀面上，影响正常切削；同时，由于材料的软化，造成材料的涂抹现象，影响表面的光滑程度并有时使已加工表面产生裂纹。 & ]4 ~! T* T# @) O+ i$ o" z

为了提高刀具的使用寿命和降低切削温度，最好是研磨刀具的前刀面和后刀面，或者在前、后刀面上涂耐热耐磨材料。经过研磨的前刀面和后刀面，不但减少了摩擦、降低了切削温度，而且可以使切屑顺利排出。

2．刀具前角的选择 9 q1 j; s" x6 e& G i

切削各种塑料的合理前角(Front rake angle)应根据下述原则来选择：

(1) 首先要保证已加工表面质量  如果被切削的塑料熔点低时，则应采用较大的前角。否则由于前角小，切削区域内的温度高，被切削的材料容易软化，致使已加工表面产生抹糊现象而降低加工质量。

(2)不同的加工要求时合理前角不同  精加工时，要求刀具刃口锋利，振动小，为此应选择较大的前角。粗加工时，由于切除切屑的截面积较大，产生的切削力相对也大，应选择较小的前角，一般为0º～10º。

(3) 不同塑料品种的刀具前角应有区别  车削热塑性塑料时，尽管它们的品种不同，但前角变化不大。一般塑料的切削，如要形成不连续切屑，则选择较小的前角。

(4)成形车刀要选择较小的前角  用成形车刀车削成型塑料工件时，为了防止车刀刃形畸变，必须取较小的前角才能保证加工精度。

车削热塑性塑料的刀具前角取临界前角值。临界前角值一般为15º～20º。

3．后角α0的选择

后角(relief angle)α0的选择原则：

(1)首先考虑加工表面质量。后角越大，表面质量越好，在其他因素允许的情况下，应尽量选取较大的后角。

(2)被加工塑料线膨胀系数越大，选用的后角α0应越大，这样可以避免由于加工表面膨胀而与后刀面摩擦严重。

(3)粗加工时，为了提高刃口强度和散热面积应选用较小的后角，精加工则选用较大的后角。

4．切削用量的选择 # p; o0 F4 F& W" d- ?% i

选择合理的切削用量，要考虑被加工材料性质，加工性质（粗加工或精加工），工件的刚性，刀具材料的性质等。 3 i8 Z3 a$ W: \+ d# o9 g

 (二) 热固性塑料的单刃加工 % H: r6 c/ ^1 J1 s: }

车削酚醛、环氧、氨基等热固性塑料时，其工艺过程和基本规律和车削热塑性塑料大致相同。但是热固性塑料有其独特的特性，尤其是有玻璃纤维基材的塑料，其强度近于金属，所以又有些不同于热塑性塑料的车削，具有如下特点：

(1) 一般情况下热固性塑料比热塑性塑料耐热温度高，并且受压不变形。 $ C* l! F) \" U

(2) 热固性塑料的线膨胀系数仅是热塑性塑料的1/5，所以加工过程中可以不考虑切削热对工件加工精度的影响。

(3) 纤维增强的塑料在切削时刀具受力大，使刀具寿命下降，限制了切削速度的提高。 1 c `& U7 K2 W7 U

(4) 热固性塑料强度大、硬度高、磨料磨损严重和热导率低，切削区域的温度比热塑性的高。

(5) 车削某些热固性塑料时，由于切削区域的温度非常高，切削时除了采用高速钢、硬质合金刀具材料外，还要根据被加工材料性质，利用金刚石或陶瓷刀具。但陶瓷材料弯曲强度和抗冲击性能差，为了增强刀具的刃口强度，其前角和后角都要取小值，一般取γ0=0º～5º，α0=12º。

车削热固性塑料可选如下切削用量：进给量f<0.05mm/r，切削速度v>40m/min，背吃刀量αP=0.5─0.8mm；刀具前角γ0=0°-5°，主偏角kr≥45°，后角α0=3°-6°，刀具磨钝标准VB＝0.2-0.3mm。车削的经验性数据见表2。

表2 车削塑料用切削参数参考表

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, H; E+ _1 K7 n8 `* A& I. g# v6 u/ K% M% b; e( J3 F0 i/ X7 s# u, z [9 q) O4 _# k1 Z0 s8 ~: p2 ^+ i% I% Y M3 }( K4 w$ C9 h+ s% z. S' M$ U" d, B1 k4 n, T: @6 N5 W6 Q0 e! E. o7 w7 G0 e. ]6 W, |7 e: _" b. t \. J) V; n, T; Y" n, _0 k1 e; T% \2 b- S* w {8 I9 ~7 U8 E$ }0 g" I ~) Y0 v% h; F: u/ k+ c1 ` Z, I- h$ R2 Y6 z/ A ~' u1 w! b$ o' @6 S! u' a N( r7 u8 k" @$ B/ W ~, t0 ?5 N4 t8 n) a# @2 d. @ H* H: H/ l9 E& l: J9 |3 R4 q% E& Y* ~- E8 ~" G$ n2 ?$ L& ?' w0 l& G: |* I6 S! t/ u- n# a- |! Y) B7 E# ]! t6 k. v0 x7 h+ m! j$ L8 r. X! n, Z/ \7 M( _) D3 k$ V: l5 g) y8 _5 b' V) V) a4 M( n8 r, \& ?" I. ` ?! b0 f. d8 e8 ~/ j% f M# S) S! U I' x" |) S5 c9 d# D% j2 c' t: R' W5 `6 }: G9 m0 O+ \* ^# W6 V& }" O' q" \8 O, a( K! U9 k, E$ x9 b2 o9 o a; x! C3 u+ {* }& [, F* R) l- _5 u: I G* X8 s' w0 x& \1 j; w, J2 V/ J! \" x7 p' ]' e- p: Z( N _% f( k$ B t( }/ y& ~' m0 o, M

0 \- b0 Q; A2 O; k, Q' c% {0 F c 工作材料	1 U2 q+ X2 Q4 N 刀具材 料	' {% E8 h S" b 前角γ（º）	W; V! F/ r) k: v 后角α（º）	表面切削速度m/min	进给量(mm/r)	8 N# N4 Y' ^" l 背吃刀量(mm)
酚醛或氨基塑料	K类	( U$ n. f! b) Z* Q0 w- d 14	12	100	8 n ?1 d u& b d1 M 0.1	0 h1 S+ s+ s5 L 1～5
5 U. [0 u) ]5 c3 G 硬质聚氯乙烯	K类	# m6 S5 Z& D i- N1 D- P& a) m4 d 20	10	5 f% R: _0 e& ^0 F% z* p4 B 600	0.2～0.5	1～5
# N- D/ r6 G1 l Z2 C2 I 硝化纤维	; K J; ?! {4 k& G3 f6 \ K类	3 y! K" r2 o% K! m7 ~ 0	15	- ~0 ?4 g& }7 h. u$ ^2 G; O* T( d& X 200	0.1～0.6	1～5
聚酰胺	P类	0～5	8～15	6 S$ v/ L( V: H) J. R8 M 150～200	0.1～0.2	1～5
6 ^# y) g I5 w; M 聚碳酸酯	- H$ ~4 S- s1 J( `5 F# g K类	8 a2 b6 w* w D1 W2 }. Y 0～5	15	150～450	0.3～0.5	. x m! J9 p% d D4 k 1～5
胶纸板	K类	, X+ G2 [' E E2 n- ]+ {$ A- n6 `* _ 15	8	6 }* `/ l4 Y7 |7 H# I 50～80	3 w R1 `1 N2 v0 N g! c 0.2～0.4	1～5
胶布板	K类	4 [" ^: Y7 i7 R* d9 Z 15	% l: d$ u+ B! ^* r U7 S' Q/ k 4～8	, R; D' i3 e5 `% Z" D( f 50～150	' \+ l3 [8 q+ L' S 0.1～0.6	' h, m5 F# D% M3 Y 1～5
	P类	20	6	/ s; a+ L- d) o( d( v 30～50	3 R0 @1 N; O' P9 h+ w$ w2 Z4 M 0.2～0.3	1～5

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车削热固性塑料时，由于切屑和前刀面的接触面积小，正压力也小，摩擦力小，并且为了提高刀具的刃口强度，所以采用的γ0通常要比车削热塑性塑料小些。前角γ0对刀具耐用度T的影响如图1所示。

图1 前角γ0对耐用度T的影响            图2 后角α0对车刀耐用度T的影响

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后角α0的大小影响加工表面质量和刀具耐用度。后角小时，后刀面对加工表面摩擦大，使已加工表面质量恶化，在切削酚醛胶纸、棉布和玻璃纤维层压塑料时，有起毛的现象；同时，由于加工表面对刀具的磨损大，刀具耐用度也下降。图2是后角α0对车刀耐用度T的影响。【MechNet】