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

7 W! ]0 |/ J8 d7 u9 r! q) `; R, s0 n% _$ n6 O0 {' \5 ~- [) f9 H9 j$ a. V; b+ G. W0 R# N! D/ x2 p4 P- _- V# n( v7 G" W5 U/ b- h R9 e6 ^7 x; `$ ]! ]' n. S) @7 i5 ?, j" r# R- t9 B$ |- m# w* D# G9 S! z/ y3 o: h/ d! t3 X2 q: P' x! n3 l% o) O6 u2 o; _1 J+ p# L. l: W+ t2 o; h1 ?' ^# e* ?& s* W8 M: q- H7 E5 X+ b8 @7 F$ Z0 b7 L0 ?2 L. X* P5 F7 B- a& R4 ^9 ?- y! \

6 E, t# n2 [) ~ 名称	简图和用途	9 m4 ~! E8 G% h+ U 名称	) ?7 X4 L! M! H# O 简图和用途
4 d) h" C1 a' G+ L- Q% {# j 直头外圆车刀	5 P0 c2 H8 Y+ Z! \! U# w	( C' S: o% J4 D 镗   刀
	" d2 b8 h7 R7 l% N# w- L8 I 车外圆、倒角		镗孔，多用于镗盲孔；切轴肩、凸台等
O( K' B- G" _& { 弯头外圆车刀		( ]/ f" k. @8 s. [/ I. p9 c6 J( B 切断刀
	车外圆、车端面、倒角		+ v* T% [3 j: M# I N8 ` 断刀、切槽
900偏刀		精车刀	, P2 X" F2 _+ L
	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 % o4 F( v" k; _5 u4 u/ L7 e

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。 9 h, b- X5 q1 V" O H

1．切削工艺特点 / I( g, ]- v" i/ W: n, G

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。 . T6 |" x0 k4 q4 s4 h7 {/ @

(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。 2 a/ U2 |( m* u0 {

(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。 * z3 M% |5 q9 i+ l; p8 T

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 r8 m5 p+ H/ Y9 e+ a5 H0 Y3 Q

2．刀具前角的选择

切削各种塑料的合理前角(Front rake angle)应根据下述原则来选择： * q8 ?$ ~% R: q3 d1 {

(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。 6 ?! Q% P' r, C' v d6 k

(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。 0 |) s- S4 O* g( R: v# D/ b

(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。 6 o! Y. p( U. F8 v: W; x1 @

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。 4 m, Z" i' ?7 h5 ? X) V

(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。 " B1 ^4 y4 M. X' r* y2 I8 h* M

(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

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： 5 y6 a4 `# a* S- I, A6 b6 ^) D; 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。 ) m9 ]; @7 N& X) _ I

(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。 7 A$ ?$ L3 f8 a# @

(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。 " }; P# d" a% |- F) Y) x, W: e1 q

(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。 0 | R) s& w# h8 Z) R, k, g5 K

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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

* _+ r, G7 J" g" O9 P" J

* F8 o# X1 V6 S: D1 t7 c6 W C5 ]! \- m0 d4 C3 d: _/ K+ P2 D$ C! U6 L W4 H T5 R7 B6 c' M* o) W& R* q7 J Y4 F7 y' O" S! Q) h6 _6 _# D; e( @3 p' j4 O+ V6 P ?" P1 U# J( S9 b: `& m; w6 G5 H* P7 {3 c& [9 g+ ` t; i* G( l' A9 ^1 R$ }6 x' b& W1 U( f1 U( ?1 O! Z( X( M' D' }8 y/ A, L' U% A2 ]- }4 v6 B; U# [" A" V. F1 i& y8 @5 L$ p; r5 x. O. U& f ^. d+ i3 T$ G0 {% S( W( F& Q! R t/ ]- ~/ @ y4 o4 C4 q/ z6 a4 C& d0 C$ _* E- a0 P7 ?' D3 D+ }/ T( T7 |8 ?$ J% P3 x$ E! J# m3 c f* v' B7 q! B8 K, e( Z+ }, o9 w" a2 u* x% j9 Q u6 Y' P5 h% g1 b$ V( g6 k" C X+ A/ v6 Y' i* \5 ]& ?3 t# f! T/ F2 }; t6 k) q$ }( D3 {3 O" T8 p" h$ F9 [+ w+ O! x$ a5 @$ X- F/ w. P* Y+ w) a( l+ h% m% Y! P9 K( ^; p$ v$ i" q+ P, f* l0 _/ f2 `# O" @% A" [+ H& ` L; `" k ]4 R. [- m1 B3 a( v& _+ d1 y3 [7 Z9 N9 O l3 d' k! \, X8 c6 E- V: G4 h' X7 L# ^% N% G8 f$ X" [( _8 d1 ~/ n) I* U: B

工作材料	刀具材 料	前角γ（º）	: {- u) t, q" a: i 后角α（º）	表面切削速度m/min	进给量(mm/r)	t) W F- v( Q* o8 G5 D 背吃刀量(mm)
酚醛或氨基塑料	K类	/ ~& \2 G/ T5 h& F5 A 14	# g: s" C% G3 k0 J% ?. U# ? 12	100	0.1	1～5
4 j7 v. S3 ^$ L* P! G2 d 硬质聚氯乙烯	1 |8 Y* D( S: F! v K类	1 ?4 i. @& U2 O0 b- @$ w# A 20	: o+ K- T$ C7 d; [. a! P 10	& _; R- C5 l8 j! v3 b 600	/ L2 H% m; Y: {. f! `' h 0.2～0.5	h0 ?' y$ T9 P3 E- x 1～5
$ d; G# h5 Z/ Y3 A; N1 d3 U8 ` 硝化纤维	v) S! B' r3 m! e" w" h K类	' }* h2 O5 b. W# C4 r 0	15	200	6 D/ r3 ~3 y/ |+ Q 0.1～0.6	1～5
( [0 x! `, i- W2 \1 E5 h. F 聚酰胺	$ e8 i8 k# C7 a: V$ g& a, S; [ P类	% s, ~* [, N; T! g- W3 J" ] 0～5	8～15	150～200	" F+ J& }) M, G) V6 r9 E9 { 0.1～0.2	9 S9 D' P/ { g ]7 G 1～5
聚碳酸酯	/ \* }0 j$ e a% m$ o: ? B6 H K类	' N/ M( A! Y+ m' t1 ^. a 0～5	7 h0 o8 U- A# A! u# l) T. B" m 15	( Y7 E3 F: E5 ?8 a$ Z 150～450	0.3～0.5	1～5
, V+ [1 ~" m4 c8 g6 z& A 胶纸板	K类	- _/ Z( }6 T! T. d) H+ N& [3 j 15	" A0 E7 g+ p& H 8	50～80	' S* }. ^$ p6 g! J. D1 f 0.2～0.4	1～5
( \3 ^4 ~+ ]. h 胶布板	. j- J# o" S$ l6 v' B7 T K类	5 G/ O. r9 r# H+ q 15	2 _ l7 t5 l/ O4 H. L 4～8	50～150	3 @' P& S3 C p 0.1～0.6	1～5
	P类	20	6	30～50	2 e2 O) x0 u0 Z8 n! ], q+ I e+ t 0.2～0.3	: F0 u9 N2 H1 a6 |9 R9 N 1～5

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】

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