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

+ u+ b8 e; \: Z& _% f) x/ r! }5 L! T D9 I5 ^! O2 I! C3 g& z0 t- j; n& x8 ]0 ~2 o% `, p8 E8 H4 C% d/ g0 l9 Z" T: L( Z; W! \" ]: A! X" k$ @( T' G- M! g, |8 D$ T2 v `8 x# E2 {; O9 R9 B0 x; U; e: ^: H. h1 }3 H% e9 l# H. S+ V% _/ f5 q; b3 a- j# o8 x4 `% `. B8 l2 D" g) e9 B6 J/ o( B- q1 E$ K( b/ r3 p- N0 M7 a' L' F# h6 O5 q% Y8 p$ K: T `- K; C; C. d9 Y

& ~- h! C: @& ]0 v" d 名称	0 _! R# Z' o' b X% y3 M/ @ 简图和用途	名称	简图和用途
) l& @3 g, V' ~2 H% J' r1 p9 E 直头外圆车刀	4 Q/ I2 h x5 C' j0 Z& X! l5 D	! r1 @ f: ~3 ]9 |; ? 镗   刀	7 B8 D! Z. t! g. G
	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		切断刀	9 l0 m" e% Q" N9 X9 H/ b
	车外圆、车端面、倒角		断刀、切槽
) \9 [) E9 h" _+ X 900偏刀	; Z) @8 z% T1 J0 `& G7 r	2 h6 I. m9 V+ X' x; y 精车刀	7 \# }9 @6 r" i, I+ G6 @' j+ `
	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

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 + F* e# S* I+ F G" d

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。 6 n0 G" ~6 U( @

(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。 . m1 i$ X1 t* p& I/ l/ F7 h

(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。 & O ^. `6 m$ x

(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。 & W5 ]* ?4 R1 Y8 `% K# s( [. N2 w3 O

(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。

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 9 V9 J4 f/ x6 r) Z, A

切削各种塑料的合理前角(Front rake angle)应根据下述原则来选择： 6 k/ u+ W# J: F/ l# I* X3 H' O/ _

(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。 # |5 s3 f F) L+ V6 p+ n

(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 |. L1 V6 f/ a: k0 |( A: ?

(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。 $ R: t. B. ~# I7 m9 [$ |+ X

(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。 ( ?5 S6 n. U8 Y% z1 y7 l

3．后角α0的选择 " M9 o: y( I; m

后角(relief angle)α0的选择原则： % o- }: z. s& w' R1 N

(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。 5 X& P# ?% L- Z

(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。 / |( E% e7 [' J4 T& P: E

(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。 0 S1 }8 H h7 b

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： . u# s+ R( T6 b

(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。 ) G9 B5 ]# Z+ M4 x! b9 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。

(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。

(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。

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。

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表2 车削塑料用切削参数参考表

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8 ]0 t- E. L4 H/ r* v9 e( i' g2 _$ ]" R+ U q! ^, y( I" j$ \; ?- u: d7 W# @$ ?' T6 l& i5 e, v) ?( |2 d" ]9 ?: {. G: e5 ]$ a$ d8 X5 r9 B( ]. j3 Q b) b }9 ~* H* ^# z% `4 q V+ |, i7 v) r/ E, J3 H, Q+ \# B8 n1 q# K! b5 o1 B9 }) V" Y6 @7 v [4 e9 t% Z2 {/ l8 @/ @0 g- d" f2 v( T- B; |& k8 _. h S/ e' H) b, H2 ?" A, |7 ]+ y3 |% R8 x" n% D& ?: o: V0 [ P. X, R! }! N% [+ x/ u8 J. t* I7 ~ ~ j4 ~6 Y1 [7 c& X1 M9 Z& {6 J; N3 X/ @7 Z4 _1 ?3 j! r" z4 F9 Y3 g- u1 a, M( n4 r8 f" Z$ p( L* x) h# b3 }% i0 m/ K) a! { B5 r% r& P5 @4 H8 T, s7 Z! A1 N3 v P& o$ }, L0 e6 a( I9 ] z. C6 f J" P1 N# j- F% H5 D" w! I+ P4 V: y& \) T6 N) _5 K* x: T* K- `3 b) v- T8 l' r$ ^" X8 K, U9 t$ T+ b. X- v2 y3 W7 f7 c& b" a1 l: ]- T6 b+ r% {5 W, b" p# e, z& X/ v# H: w- J; G- y+ Y7 h& @( d( M* C. [3 w2 w _# ]0 D2 @. Q# L z' |; w$ C! \9 ^* E. V/ {1 Q9 B: D( u' B' w* b1 L* |- A( g) M7 P7 I& ~" D( E$ O, n5 {6 i0 P( M

工作材料	# d. y! t, \2 o7 ?; |6 p 刀具材 料	前角γ（º）	, O& E' G- J/ b" p' L 后角α（º）	表面切削速度m/min	进给量(mm/r)	8 I8 K* d5 d9 b3 M2 t3 I9 H 背吃刀量(mm)
+ U- _4 r' G. C; b6 @0 N4 l 酚醛或氨基塑料	/ V( W* ?. v1 a) O+ ^ K类	' F7 w! M3 M2 ~- u. w- c/ e1 N) R, O. j 14	: Q* z a C, C: g 12	100	# `( _7 r" n! N, x- Z7 j 0.1	! M4 A3 R; W0 B 1～5
% ~4 w( \' \7 V7 e; \2 X: P 硬质聚氯乙烯	K类	20	; G0 u v' [4 W1 J3 r2 f 10	600	7 N, A) M9 U6 Y+ z8 p 0.2～0.5	: q5 B( c+ n |! i4 Z% k3 I9 k 1～5
, I" E( F3 q, Z6 w" ~$ g! d 硝化纤维	K类	2 ]: ?7 U; [- m8 u) j 0	15	8 p$ ^4 f/ p% P: V" ^ V# _ 200	0.1～0.6	1～5
聚酰胺	2 ^* D4 Q. X" m7 O. a5 M6 { P类	0～5	8～15	150～200	3 C; e1 h Z0 h; x2 I/ d, h: b 0.1～0.2	1～5
聚碳酸酯	K类	7 k; n( d. d1 Y5 q" Z6 k 0～5	15	$ P x6 y3 ~0 u- k1 y0 O! | 150～450	0.3～0.5	2 _( z9 ~7 k1 I+ `7 I 1～5
; X6 ]% t. g+ q" u9 h; g3 T 胶纸板	3 a4 W7 G6 ]2 h' F; `0 D K类	15	4 l: w8 N: j& x; v( M+ m2 R 8	6 F7 ~9 Q5 ]' I! Q! P( C& P; V/ c 50～80	8 E9 ~- g$ ]6 u/ {0 h! y 0.2～0.4	1～5
6 M3 E! [: D" j0 k9 J 胶布板	. _) g* b6 v0 O9 M K类	( W$ N7 z0 A L9 D 15	- o- Q* o! t. q 4～8	# t# [: A. t5 k7 s) D1 e7 D6 O 50～150	0.1～0.6	8 B. _' v% e" A$ }8 l0 V# x 1～5
	P类	% e( p3 { ]2 j8 r2 F' n V O 20	6	( q1 m8 w# A6 X' n' m 30～50	- T2 Y! S, v( f4 m# J! u6 E 0.2～0.3	" n) C5 g X3 Q% f) ` 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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