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

* c7 k; @ h, U0 ~1 y; G% T9 C! J5 \$ `5 X4 j9 i% v2 k' J) e3 L* R8 E1 p! T2 f/ `- @8 A* T/ Y4 w# v' h- K* T4 { w, c( t; g; w! d% I& q9 q2 p1 k* o" ^1 j- }9 O) `9 u* K' H6 r% s, d( }1 O% |. ^$ X+ m1 g( O/ W6 k) q; l$ o8 k% P& ?5 P: F ^; a( Y a& A; \9 }! m* n2 l0 |: W0 S) @3 R( T- J0 S. S( R$ ~4 F# g9 s6 K1 J+ L" o. c! M4 q+ Z) l9 a# V0 B/ I% L# Y1 N1 Z. N. g W5 F) w! T; \' J% o5 i/ E7 K+ r5 x4 Z8 @. D* f- h: N& W z6 O0 s, W% V

名称	5 }. f. D8 s8 q w7 v 简图和用途	" V* u7 I; J( R9 R7 h 名称	, I. w" w3 ?" n; q" N2 j 简图和用途
( p0 E! H) `8 ] 直头外圆车刀	) P' f) x: N( p& f' _& L	镗   刀	) L4 s# R9 f+ z$ c8 {1 h0 k8 X n
	车外圆、倒角		. B# S1 K8 C, h, e1 E& J4 m! |5 D4 X 镗孔，多用于镗盲孔；切轴肩、凸台等
弯头外圆车刀		F9 T% j* Q. Z8 Q* Y 切断刀
	车外圆、车端面、倒角		断刀、切槽
900偏刀		精车刀
	3 y9 A# P8 \8 f0 d6 T U u9 W 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 + \( }4 R: o3 c; @ f6 M

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 5 t; l. J; E: @

与其它材料相比，热塑性塑料的切削特点如下：

(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。 ! J0 A+ D/ ~3 B( v, N- z

(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。

(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。

(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。 / J0 n9 X. C) o$ y! j

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。 9 S5 B2 M) { ^ }7 f

2．刀具前角的选择 + ^$ ]8 h' j9 E7 Y- f

切削各种塑料的合理前角(Front rake angle)应根据下述原则来选择： : X8 @, h6 W/ m4 u2 [( R8 `

(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。 $ \7 L H& n j" m2 C, s

(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。 5 V, Q) S" E# G2 t0 F M& K/ a" U

(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 . w4 C4 \) X+ |+ u

后角(relief angle)α0的选择原则： $ r5 B! G' o" ^, \# Z! N9 G

(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。 0 ~2 E1 [5 z8 {; R- {

(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。 2 O% |. i3 X# W8 N

(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 N$ L Q8 g$ f4 \9 e4 U8 q7 Y1 L6 G

4．切削用量的选择

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。 $ g2 w* l$ O1 \/ Y; C

 (二) 热固性塑料的单刃加工

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： / A' U4 f7 F6 H% j; C2 a6 ^

(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。 5 s0 f, \# ?, {5 H+ a

(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。 + B; ]4 `4 W9 N- m1 n

(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。 & N" T/ r; O, Q0 c

(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。

x! `4 I4 J' z; P( A6 V2 O

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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+ O# t" k" ^5 S8 f' h. k6 Q, z. Z3 t0 D$ ~" v# c3 n% k* ]3 N( s! e; }; R/ W% o0 g4 }4 ^; W, v3 S7 E% I2 q" V) ^4 U, x9 r! g% @, N" x* @" j) w* p7 U; S N2 d. H; `* e f/ n/ |+ B7 |7 g: i% P @- M9 |4 `4 c) h- U8 I3 x2 z. K: J8 f; q9 J3 O' h2 X0 y4 y: g! N v3 P) f4 l( ^& q1 N5 ~! r: m3 ~4 l9 G% i4 `6 M" h7 t+ y1 a3 O$ @# w; L. }. E- [3 b7 F: G* H& q- k# V/ {! a3 }" O: z% d# ^. c t# C U9 T7 g% z4 X% o, A/ X% E% n" ^& e8 R. v8 G. W) t0 g$ i5 n, ]5 z( O- S ~: m3 H4 [: a5 Z% K7 g2 ^# `3 V9 ~, a) ?$ H& Y) b8 I* n& p1 O- D% G9 e V! U" [) s7 Q( f9 P# v) a5 _! T$ {, ]$ n# N2 M! r- j1 X2 ]: ~, z8 @5 d' ?- e& n% v6 w; |* i' x2 j3 V4 w! s) h% x* D# h% N% P/ y* B( B6 [& D% Z. b+ S; J" I, D3 w2 l1 H1 N: Z! S2 f6 G1 t7 \6 r& E# ]* ~2 O1 K. Q* {3 h3 U( z8 d+ \# V* f0 h5 u$ H4 }; N+ H# {% L4 q. j5 H4 C( p, }2 l- j f( K

- @3 ]9 ~2 J: v7 X# ]1 ? 工作材料	刀具材 料	前角γ（º）	& F9 v/ w1 z8 b! C 后角α（º）	表面切削速度m/min	1 q+ w0 H: Y" r) ?& }# U) R 进给量(mm/r)	背吃刀量(mm)
: z" o6 P/ j& Y* f; L3 ? 酚醛或氨基塑料	K类	14	% E [" f. \7 s 12	% I' U+ f( ?( D 100	0.1	$ `$ ^7 q* l4 X& {& _1 l 1～5
硬质聚氯乙烯	4 a( ]1 }' z8 O. N' ]/ m$ E* p$ ^ K类	20	# \2 `/ x& `, \) p V; ?1 ` 10	; L, L! E! N9 J- c1 u- w 600	0.2～0.5	1～5
硝化纤维	, R6 a" o4 N4 p& a: Z$ ]; p' a K类	& \; }7 G- `- L. W l) T 0	0 n. b# y6 W6 ]% Y4 M4 D% P 15	200	0.1～0.6	1～5
聚酰胺	P类	0～5	7 O2 z" K6 w) k3 Y" h2 t' |! p 8～15	; N' g! B4 a; N6 d 150～200	/ X' Q/ d6 V d% } 0.1～0.2	+ ]' L* S0 u) H& Z 1～5
聚碳酸酯	; F) O. @& k# H2 R4 q$ P& H" c K类	( s( i# ~! u6 z% d: P 0～5	( |. Y P ^3 ` 15	9 n4 ~7 c$ l* d3 R 150～450	7 {2 f: `9 {3 i. ] 0.3～0.5	/ Q: }+ f, y( p2 G) Q4 L0 t' A 1～5
胶纸板	9 o3 `+ N% b" N% W% ?: i K类	6 ]( t* |4 F2 u4 G; e 15	8	9 K4 E( i6 W' ?6 z9 V; m0 o 50～80	i6 o4 ?/ ]9 e' h" Z# ]7 V 0.2～0.4	/ \# |0 B' E/ O 1～5
胶布板	K类	& o$ b5 X7 N. q' A; E 15	4～8	50～150	, r& b& L9 ^+ |& r 0.1～0.6	1～5
	P类	20	6	30～50	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。

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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

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】