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。

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表1 车刀的基本类型及用途

0 H2 L& [& w$ \/ A) u+ ]: G4 {+ L# b/ e2 r0 Q% ?; s) X6 W, n# l4 O% O3 K1 L" q+ N( G: m6 l9 |1 B% }* n2 E9 B" o" [: U6 f4 u/ R1 q+ E' R3 O9 A3 U0 ?/ @& J; w& |* A. Q' V3 `2 n4 V( G# [% c' e% R# Z; [% x: E+ Z j4 o; ^, A8 Y, v- X) M6 V5 N! v& d e5 [4 j8 S A+ N' c; e; C; _. O2 `1 H- g8 }6 [) s4 Y, J; g6 c/ X6 ^; Y+ l% X

名称	2 |' _+ h" @5 z. H \0 i- _ 简图和用途	) T. n1 ~& n1 F3 I2 Y; V9 Y5 m 名称	简图和用途
& B( I( A- h5 r) s$ e: q 直头外圆车刀		5 \! z0 _! B$ h5 r 镗   刀
	& q% e' m9 s1 J, p8 a7 S$ z# V 车外圆、倒角		镗孔，多用于镗盲孔；切轴肩、凸台等
弯头外圆车刀	* C# \8 Z, } y5 |. Z& R! f	3 R, R0 l1 ]% s2 e 切断刀	2 {) k1 h, C4 O/ d; J9 n$ g
	+ N1 H+ t- S4 i$ r* K/ j 车外圆、车端面、倒角		断刀、切槽
, D* k# S) Y) r 900偏刀		精车刀	% U1 `7 _% w- Y6 V& n4 r% q
	- L2 j B8 v4 \4 f 车外圆、车台阶，多用于细长轴		精车外圆

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(一) 热塑性塑料的单刃加工

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。 ; D' Q" ~) l; V

1．切削工艺特点 5 g; J3 c4 `5 F v& Z+ Y5 ]

与其它材料相比，热塑性塑料的切削特点如下： , l! I5 u8 ]! v

(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。 ' }; n1 w( z8 T- S; B0 o' 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。 9 R' e2 w2 x, j) p' u8 q/ G

(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。 , W. P. R }7 Z

(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。 + B; ]! x! k$ G4 Z5 C" y! O3 c/ a

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。 ' Z* R/ w2 R/ @& ?, D2 Y4 W

2．刀具前角的选择 & O- }/ o( ^: j" z7 K0 I0 }

切削各种塑料的合理前角(Front rake angle)应根据下述原则来选择： 5 r6 ?6 M; {6 e7 H

(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。 " M: Z7 h8 k! m. c/ E2 E

(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。 4 n# f- b* G6 c4 d/ n

(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。 & E' E+ O# r! M. I/ J

3．后角α0的选择 " J" }+ m2 P% z+ i5 I$ Y

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。 # k1 r- ~6 D, \) _5 \

(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 & d$ O* s: Q2 A. D" |3 v

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

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： " F/ i! O. U# i: k9 y

(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。 ) S5 ?9 h7 u- q! a. I0 I) \; E

(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。 % v! E- S7 B: R; f) B" O k) l- R

(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。 ! j5 Q8 ?+ S' v) t% v1 t# b& J

(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。 $ g, x) t1 p" \9 I2 _; G; d0 i

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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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$ a) m; D- \; }! ]# a2 r" H% E, t$ f ]6 Z B7 \3 h' Z4 r4 S& A$ x- J: N( N* t: n9 {' ^* k' k( e4 I g) C$ x1 |& M' f5 o8 M# d5 J5 u' G: _; t* Q% X5 R9 A( c0 `" _; v9 ~ V! v1 Z' m8 W: {% p) C0 b5 b- Y \3 x# c* Y! B3 f7 y0 e4 `, Z. L, S6 C! V+ K0 e: D- x* C* B" C1 m- s [3 v9 p1 g* T$ h7 \3 g% |6 T% B/ s6 n4 X" ~- [5 m0 y3 ^/ f/ a9 [& m: D. @# G/ }) X; \8 i1 b0 I0 T$ I% `8 g' v P- Z$ ~" i% L: r3 O# X+ d2 v% X. r* i: n) ^& F8 A# o$ f& I5 g% O7 d: M' C1 G- ]% y, C I6 {3 Z m& C8 {) V) y! b, d# |' v$ J* g' }# B) L8 u4 B8 ~/ Z* [% C. U& s( O+ x' Q6 W1 Z l L6 n6 ~) i1 s4 {3 Q) y4 Q3 `3 k T3 l: l$ G) a- c; y$ k: S j# Q/ }% X% l1 p" K$ j6 }6 e! {( I. P; x8 u$ L' F1 f4 p, H6 w2 e9 _* r4 L+ D; F K5 w+ R0 U* h$ B V! s" M$ g# c f- u! M1 e- d1 X) c8 X9 \1 ~8 d4 j/ F& {3 ]' M$ R" C( }3 f( u2 {1 v6 c9 b L' `$ R' a, o5 ]. d( J8 q3 A6 s6 w; ]9 V" ~5 h6 ~1 e4 X7 D, S1 o# A8 G, r, g( }1 M# e# q* E7 P2 T$ U( v3 n1 z- E5 H& I" z" Q

工作材料	刀具材 料	前角γ（º）	" R5 U" m+ r: z2 R3 W: I! b7 Q3 P( v 后角α（º）	8 Y: ?" R0 \& c! v 表面切削速度m/min	进给量(mm/r)	2 U& l0 _$ v3 a. r4 m5 p; _ 背吃刀量(mm)
酚醛或氨基塑料	K类	* W, u- _; g$ S# |+ C) _ 14	12	100	0.1	" O. r! I d$ o2 v& J& R 1～5
9 e. y. \( z9 U/ \6 @ 硬质聚氯乙烯	K类	20	10	600	0.2～0.5	1～5
硝化纤维	" q9 Q6 }4 }1 {' ~ K类	8 S8 l% S, H" Z; j% v 0	& X, }* @, t* F+ b" J% [ 15	200	0.1～0.6	9 B5 l5 o3 p# i6 G 1～5
聚酰胺	2 l) |$ W* z4 j5 f: o" V% t P类	0～5	8～15	% H; i8 H0 N( h8 D 150～200	% l# l. h; ?2 P% [! ~3 K3 b& V 0.1～0.2	2 ?. p+ g ?, u+ O; W: K' g/ G( d 1～5
! L" E2 o3 K$ e. M- Y0 {1 [ 聚碳酸酯	K类	+ ]8 [/ @) f6 [ `; |7 A4 E f 0～5	15	$ `" J6 c8 u$ S 150～450	- q: S/ \4 u* E8 Q 0.3～0.5	1～5
胶纸板	- ~% G( w- Q% G& N! e- R! |% a K类	15	8	6 x( V, ?( }5 Q0 u- g 50～80	! L- d, t/ Y: w V' i, X2 M% P* ^ 0.2～0.4	1～5
胶布板	# f4 D* m! Z, i8 L K类	15	, g0 u5 Z7 i( f' }5 J 4～8	. M# X, h5 j) M$ W& F 50～150	0.1～0.6	6 V1 n6 `) k- B5 g) L# O' ] 1～5
	7 w; k3 m" G! ~2 o5 O P类	: y# v! J9 u) m+ D9 P% E 20	! z, A$ }2 ^( j" {5 m* b& |: M 6	30～50	' Z2 G+ d1 S( |8 j 0.2～0.3	6 \& |/ O: _4 t& x5 _% h 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

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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】