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

F# q( d! P0 ^! F. z) m( B& V# R3 }+ B5 N8 O8 [ |% }9 ^2 J) c6 Z/ o$ }3 a3 h* a$ e$ e' S7 p* B0 Z, |/ l' d3 T) k3 y+ e! R/ M3 c ?) r& s" b- m7 o5 |2 A P2 w3 Z, O( B0 v" N. \* i6 |' N+ E) v# {, h3 r% [, c6 r+ J- V. x0 t4 j# V8 |+ w$ }) T) J+ Y7 ?, U: `0 ]# G$ Q% T9 M5 l/ H& o+ ?3 x7 V4 ?) P* e/ u& p- }" D9 B1 B" V, S4 e6 x2 v( H; O5 Q; h1 {; Q5 x3 p: Z _7 J) y$ ^; V' H% [ z1 ]& N% q3 K) g3 [! V. M

, K- \# D% F1 e' x( b" _8 P z, d 名称	/ @' B, t. ]. r7 K 简图和用途	0 Y/ k7 l# [6 k4 ?& N, g r 名称	简图和用途
! r6 N" j' y. E2 x% K9 [3 l 直头外圆车刀	2 b9 E. q6 {' Y) k! y. d; a	- \: z- ~, g9 I M: C% x: V8 e 镗   刀	' l+ O9 |( E$ W4 J
	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		* \! a% m1 B" q) } 切断刀
	车外圆、车端面、倒角		断刀、切槽
900偏刀		4 ?* L/ q7 J4 \* b/ G 精车刀	. w( K) r% a* {2 H1 E
	, M9 m @$ B. E! l 车外圆、车台阶，多用于细长轴		4 ]! y: e! t5 q6 H6 D# H1 R; N. L 精车外圆

(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。

1．切削工艺特点

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。

(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。 3 H1 ?# X2 a1 M; {5 ?- l- D

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 $ c3 H9 F# P1 l+ g# E

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 m% _) ~! A& c* p- ~

(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。 6 C/ L5 }0 | ~2 s% 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。

(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。 ! E4 E0 b* ^, |4 n

(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。 , V; G1 @( Y4 M; W

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： " W" W0 V2 l3 T0 H

(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。 ) l% m" x" F1 F7 W

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 9 H. x+ v0 \ s2 v9 n: r" |) l$ T

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： ; n( q; V7 }) X4 `

(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。

(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。 / o; g4 ]9 w7 S

(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。

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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

8 D2 o9 i4 w# ~3 H

$ K3 v! P: F+ X8 y7 ?

2 l6 C8 Q) _" X$ W: m1 W5 C0 o. c# S5 J9 ]7 y$ z: o" u5 T- I* K# v" C0 A& c, z2 l7 D6 F5 ^9 r+ p( a$ t5 s1 E. c, y$ T: D6 I$ l/ T4 f! A: _) P" v* l ?; M: t5 c f5 R% l2 E+ @9 S' c5 W* m9 ?3 M' W% L! G1 O$ F4 o. b3 H; b Y Q' K0 S8 x6 B$ i L+ p3 z5 F( T. j8 i: |8 f% d) [8 f- x1 }9 I+ \) L S! o) x1 `( _( B# y0 ?$ a* F# {- S9 c) s# w' q. w, S! O- a% o6 P! a- n ^2 R# L) U3 Z% X% e9 z8 v. |3 g) b" @0 Y: P2 x5 V! o0 K, X @3 S A: V. z1 P5 H5 }' J: n6 k& c2 ]/ Q# q5 @: t% O9 Y1 ~% e! W6 t- I' l0 r" ^4 s! i' V0 W9 w$ h% c9 E; U( D) x m$ V2 W7 \4 |" q! k u; Q% Z& o$ @# H8 `) L# z: _, W; y5 G0 p+ V2 Y( I$ X- S: |- }- B: h" S+ K# u$ I: X' |5 F; K" |# u" g9 A- R( t3 h* r) h4 [1 P6 o( D' ~4 h8 `3 j0 N2 y" W

工作材料	刀具材 料	( Z2 }0 r0 @ b 前角γ（º）	8 m- g( j0 h) n x f1 B 后角α（º）	表面切削速度m/min	/ h8 {: O- D5 Y& H3 x7 |8 g/ [ 进给量(mm/r)	' e) W; j- m! L6 b6 L. _5 N9 A 背吃刀量(mm)
酚醛或氨基塑料	' p/ E8 J4 j8 x, j- X* W r K类	14	% R* }2 |4 n9 t2 S 12	& D* x* S* W, s: d' z 100	0.1	1～5
: c6 G! q M3 u 硬质聚氯乙烯	8 Q' h- M' b3 [" _ Q* j6 H+ w K类	9 T3 }4 ]" p8 b 20	. }' M! C/ F+ A: s$ f 10	+ ?! |8 q4 |- U7 h9 m 600	; U1 [1 [$ o- P/ P9 R/ Y 0.2～0.5	2 [9 t6 u+ }" d8 H9 m* O 1～5
9 w$ M$ S8 a9 u8 b" { 硝化纤维	6 q# R- @0 d" {( S/ A% w K类	1 W" P; x5 P$ ?2 c) E7 \* g! h 0	15	200	! L8 Z$ [6 b$ P: q8 H0 o4 H 0.1～0.6	1～5
+ ?" G) h8 j7 [3 k+ T* _ 聚酰胺	P类	" k4 c* l2 Z9 n. P 0～5	+ w T; W% l. d 8～15	150～200	, f' |0 W* a) m9 B 0.1～0.2	1～5
聚碳酸酯	K类	/ g0 E( T4 Z, P, s 0～5	% l( K$ S4 [# y# V, Q1 i0 ^ 15	7 k( R4 W8 z) } 150～450	0.3～0.5	1～5
胶纸板	K类	15	8	50～80	0.2～0.4	1～5
( b9 f" O% F) R. _; @) ] 胶布板	7 \+ l9 f: i6 r2 r$ z) c8 F K类	15	* |1 K* A1 H1 b7 Q" \ `4 Q. H3 C 4～8	. J6 E0 g! x+ r+ E% u 50～150	0.1～0.6	, }0 f1 f3 y L# e6 T q$ L! o6 a- } 1～5
	P类	20	% I. `* D2 I J5 I/ U 6	5 V( ^, e- F; ~ w$ J: [% {: k 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

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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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