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。

' d) d* k0 v, {) z

表1 车刀的基本类型及用途

6 T4 d3 z7 _ i% e2 y! W8 E I) X# T \: k3 U c, E( Y N# @& k: G- y3 r- B# A- j. D) v7 S7 p2 |, l+ K2 N/ ~' P0 I( K s' G& b/ E* Y+ m! Z# [6 B) Q; v4 c* O+ u9 C) |2 n8 ^: s# n1 _! p& ~' _5 Q3 P- n* S8 _+ g2 H% t f& G0 V4 A, N: O( U1 M0 [4 g) h4 V- g& X3 d, I: [! T& x5 ?1 O+ t' G% h! x, W" l$ }) j9 s* e0 E6 n" F2 L) B, l4 a: t" A! ^% ?& {5 @# T# }- e" B' m5 `8 `& Q$ R. F. ?1 C; `/ |# [' l

" K x* o* I( p& L- S 名称	简图和用途	9 N P/ T: J! n+ o H+ n 名称	简图和用途
直头外圆车刀		镗   刀
	车外圆、倒角		) L7 p( T' t, j7 d9 @/ l# S; B 镗孔，多用于镗盲孔；切轴肩、凸台等
6 r- H, h! t/ W 弯头外圆车刀		2 y% T0 t) }9 w6 B7 G 切断刀
	" j0 C, T: X4 Y 车外圆、车端面、倒角		) L" T0 Z' o+ w t; r! Z# f! s" w3 | 断刀、切槽
900偏刀	7 S) ~1 Y3 j' l	精车刀	) l9 x. ~4 c9 r3 ]9 F/ x
	) }3 D# g" D! ?1 U# P 车外圆、车台阶，多用于细长轴		3 Q* h& O7 o+ \% ]- d6 s$ n 精车外圆

(一) 热塑性塑料的单刃加工 6 v+ @9 r$ Z8 n

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。 * l* d3 x$ z7 h I8 R

1．切削工艺特点 8 k$ J$ J: Q) E) j

与其它材料相比，热塑性塑料的切削特点如下： ) A6 y* C; A$ C9 F- r

(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。 7 y* f3 N3 E% P/ b

(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。 . j+ x8 B1 q) T/ h

(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。 8 u! b' p% W- r; U. T$ V

(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。 ! R! L6 m" Q( P

(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。 3 f% B8 m, s& @

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 * @6 ?9 L) b6 v

切削各种塑料的合理前角(Front rake angle)应根据下述原则来选择： 4 x- Y$ w& s Z: c" s J. f. u

(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。 : Y( b! |( }. N; M9 w

(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。 , k2 B3 x" T" g3 a- ?

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。 6 ~0 v/ B: j$ P1 w

(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。 & `8 O! t* p1 g" _" f5 K( Y

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。

 (二) 热固性塑料的单刃加工 3 g5 t* }; Q, j, r0 a7 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。

(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。 * M; L3 Q: J. F3 Q- Q6 L

(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。 ! d4 t: w: g* @8 G7 E' c# V9 e

(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。 ; }! u$ G+ R* j- n* H1 w0 L

" G i9 C1 s# K/ H; a0 v D. W7 _

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。

) g/ g2 O3 j. `

表2 车削塑料用切削参数参考表

5 _7 v2 O# D4 k* z

; Q9 q: V) X2 P' m& I& {* ~) z. t0 W# h8 {/ s8 x1 i% f* a1 g2 Z; T! v: s' `. p5 u* n3 R: q9 I) F0 Y- h; P3 S& \3 t. Y2 j3 z! H$ a0 B) F% k2 f2 r5 C/ ]. [5 t$ h3 y' E2 h$ Z& C2 h C; O" J, ~& H1 ^8 c( R# L& i2 q8 [' F( e: }9 \" ~$ [- G( k( e9 P& s8 m6 V0 B7 i. k4 h& X2 `" m: ^+ ]' I1 Y; ~$ ]5 [% o( Y# k& u0 U# ?+ O% D' n# r: k' g+ h* b$ k9 ]8 o3 K4 j" g/ E. l U" \. \' L" a" C+ s. z) [5 }0 Q7 `& R' l2 L/ E' K) Y+ v$ k( j7 A T% [- b$ `) _* n; {5 J3 ~2 g8 g$ [( G6 z- _: [. ^" i, H* }8 _- Y" n$ R6 Z- y# q; p Q) J, p' V9 V$ K: n! L0 B, T' {# T5 B) V" l7 n3 N* l( n6 S1 L, l5 S8 L) d$ W) ~1 x A I4 H/ U& i# b1 N7 B/ Z& y$ M' t5 u9 J' ~( F# i0 Y4 O5 ?. f4 b' ^# C. {; }) C4 ~& [' c# L; U; z$ e5 ~0 J3 w/ s* c% P5 g0 D# ~$ F) M% O- J% j! r% U4 w+ `* T* r+ l! G- ]! L) P' t {" A6 q. N6 t( Z

工作材料	& |6 Y0 [ }( X 刀具材 料	9 N/ {. h; ~3 E6 ]4 Z 前角γ（º）	& T0 s) r, q4 R4 m3 X8 ` 后角α（º）	表面切削速度m/min	* l, | B1 f4 j2 J" m8 A 进给量(mm/r)	# V1 x4 }; k% p# G U" \. ?, ? 背吃刀量(mm)
酚醛或氨基塑料	6 B, d: D0 g b' [: l9 Q: \4 n& F K类	14	" H0 S& b H* Q* t 12	100	+ N6 o+ R' Z7 J2 f+ C 0.1	1～5
硬质聚氯乙烯	- S* E5 K& [( ~5 C' D3 z$ O- m' u K类	20	10	T$ @1 X# I/ v) Z2 s 600	% r& r4 `+ s+ g5 @/ r 0.2～0.5	1～5
硝化纤维	8 ^6 L" [; v Y3 k K类	0	15	0 _+ y$ m; j8 p5 z 200	0.1～0.6	: W! g; S0 Y& Q$ R 1～5
) Y- |3 M( @2 W" B/ {$ J5 Y 聚酰胺	P类	0～5	# `1 @9 G- U0 ~; ?* r( ~. R/ t/ n( o 8～15	150～200	) n6 \8 _$ Q6 X t0 U. ~ 0.1～0.2	! D" P) o+ |% L 1～5
聚碳酸酯	) x2 s; V1 t) I1 ? K类	. \5 B5 }& v7 o 0～5	L7 I$ b+ X/ |. I 15	8 n) W' x/ N; d$ n* E& |( f/ j8 I 150～450	2 F* @' b; I4 |4 m 0.3～0.5	1～5
胶纸板	3 S8 u# V/ [/ b# v3 Y K类	4 o4 v2 O- \% f/ p; G3 ?# a- b 15	2 Q$ n4 [; @! f9 x2 q& J9 z 8	50～80	\9 [, O4 X, H& t+ E 0.2～0.4	% m8 ?9 r X" r2 i/ k2 k 1～5
; g6 u/ m: z: k( x! o( q) S; I+ r) @4 H 胶布板	K类	4 {1 k- h( I) u+ D6 Q' b7 C5 v! _ 15	8 Q+ ~3 l/ [5 r5 v# Z ] 4～8	% F9 B0 `* x% Y1 _5 h3 K6 H 50～150	0.1～0.6	& D! k* |( h5 l, A 1～5
	P类	) q9 `9 X$ G) L3 u4 ^6 r9 g# e 20	6	30～50	0.2～0.3	4 ?- I3 O2 O9 ^0 `: w7 U 1～5

4 f% y3 H7 v; C# C! z( Y/ K- R; y

+ V/ V4 ]4 R9 Z- Y7 L) `! X# a

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。

. V0 [6 E# I# T) J

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

; s7 @- Z' u6 x

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】

+ k1 }) e2 | R; c. w/ M& q9 O' N 7 O4 ~5 |0 {3 C' r$ F0 p5 K