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。

表1 车刀的基本类型及用途

- ]( l S1 t( Z- s5 r) W2 d4 {; m3 ~) o; v" p' F; \; g. f F% w$ f+ [) D# x5 g1 R( t, v2 \ e6 D3 N* u2 r, l- p# u+ u/ |$ |8 E E$ z! s' K. q5 o* o( g# \1 J, Z( H; K/ H4 I2 k0 G( Q5 [- J8 y" y& f" y3 X {' U3 h- r: }% {( v8 b! z+ r4 j+ P" E0 _ K Y# E3 D' L$ A2 H5 {8 a! t0 G W% ~& Y' B' W5 v' H! \2 k" b; x+ m. t6 o9 m' t2 G/ t# z; Q4 u9 v) v3 `: I; U* {* J1 k$ N2 k8 o& K/ Z# D( N/ F( y) s- c9 }; @8 b o8 q" a5 F$ ?$ I1 t; [

3 R2 C8 k) {1 C8 Y 名称	2 F) R; u( C5 u9 H% k 简图和用途	- d' V x$ v: b9 m 名称	. O! }; P n: Q) v* { 简图和用途
直头外圆车刀		a9 J7 `3 \! G4 C- t 镗   刀
	" N( {2 Y _) g" l3 N; N 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	# G: x2 c [6 M) h" M	4 Y4 Z$ r2 G+ @8 ]3 H 切断刀
	- X! m. b' G' ], _! P' h; H 车外圆、车端面、倒角		/ E5 C3 o7 Y9 n% ~ 断刀、切槽
- L( Z. y! b5 d F 900偏刀	0 T, P0 | I8 c+ ]$ Y8 M	, H- D7 i8 r( K- Y$ t I2 F& w 精车刀
	车外圆、车台阶，多用于细长轴		2 w' N% s3 Z! d& S* [& {* V 精车外圆

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(一) 热塑性塑料的单刃加工 " a* e5 I, i x+ g6 f/ F ~# C

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 P" k) z! o5 g) B. {+ j' w. [

1．切削工艺特点 6 v3 B! K; j2 H$ h2 R

与其它材料相比，热塑性塑料的切削特点如下： 2 z6 w* u9 j0 o& L. X* n. Z% {

(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。 - I, r* y- u2 q/ D+ }

(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。 8 y# E( w* K9 X1 v) L

(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

切削各种塑料的合理前角(Front rake angle)应根据下述原则来选择： ) d, x0 N5 X: r6 W

(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。

(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。

3．后角α0的选择 : o! \, f' z7 G2 I; q) i

后角(relief angle)α0的选择原则： 5 \1 P( d( d, b+ G+ P6 ~+ z) X

(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。 a; f( ^5 I; Z0 ^/ z

(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 7 ?5 r4 e: l8 n

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： " W" l9 C( y3 E+ s9 T( B( p

(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。 * R! r0 L) z( f2 r+ N1 F

(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。 w3 Q& E* s7 y$ I

(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 p1 x7 H$ p7 K- ~. \ f& {+ W

(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。 , e: M- x. ^( f! M! J% F$ m( |

(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。 2 |$ v& ^8 X# l+ l- G/ s' c

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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7 e$ b& }8 }2 z$ U( \7 b. ~2 Z8 a8 Y) C4 |& l4 ?' A) H* h, V H6 [9 Z) J) V& m6 S. c+ ~3 C# o& t1 G4 p; X, n6 R6 y8 a$ ~+ o7 ~- V$ A1 V4 b1 q% B g9 Y3 I* B+ B, C3 |0 Y7 g9 H5 }- b6 t0 P% e* a9 {, l+ v' `$ E6 m }; O1 _+ F0 h+ ~3 p0 H8 n, ^+ O2 f% q3 N) K6 }6 v9 ]2 J+ g" X( Q. @9 s) l9 S: |; H, }' z) O1 ?+ ~5 x% f8 d# ^2 v2 k) _7 u" s& c* l/ o. @: Q) t: F) z* j- v2 t* x I4 J* H. P l* b7 z- `8 _5 }' t( Q; x6 ]' a& K2 e; T1 s! n) ]2 d8 j( c" b' a3 t$ E# S8 n7 Z) M, V; S: V' Q5 y" q. B7 u0 O! A; E! J, E* J' V+ T' f9 ?8 ?6 P: V% X& |9 x+ h- {% j8 e8 C' ]/ G- A% Z5 H+ x3 q/ }/ _7 _- A, a- }# T4 _& Y6 U! u) K8 q8 C w! C% g- @. T7 G; W) g, N5 t# u4 n- R* _" j R+ W1 E% H3 x9 [: \7 t! u- ?5 w2 j4 q4 ~. K8 u! K2 b" y6 l. z; O5 [- \+ ^! s* v1 d4 A8 S! @' ^% u" U& u# V0 D' U7 I* M4 @; a! `8 ^$ w# B0 x+ Z# n& }) ^: E0 @$ f- n" g% @1 N+ ?& D1 D( c% E' m" H R$ F4 w

$ L$ _( H {9 {) L L 工作材料	刀具材 料	前角γ（º）	后角α（º）	表面切削速度m/min	进给量(mm/r)	- G, F+ {; A2 A8 H {' g2 u. Y 背吃刀量(mm)
酚醛或氨基塑料	! v' d" U/ o3 ?& b8 M K类	. r% b. O( E3 N# g; Y 14	12	# P0 C6 ~7 S; Z7 C9 `, g+ | 100	0.1	& R" W/ p! a, Y1 M4 o! r 1～5
硬质聚氯乙烯	K类	( U! v6 b) J/ I9 A; n& J% ~- _ 20	# c5 ~. Y' w/ u4 e 10	600	0.2～0.5	1～5
[0 O! ?0 X3 B# F 硝化纤维	K类	4 E2 k; Y& y6 {( J& F- c 0	15	- a( Y1 k1 N4 X. W8 A 200	2 w; y* |& ^: _. J; Y 0.1～0.6	$ [4 n7 p: J* w7 t 1～5
聚酰胺	+ M3 Z' z% z" S, W! t, f P类	5 y! `* N: x/ g! Q6 D8 N% Z5 ~ 0～5	8～15	150～200	# V( B9 {& |! q5 t9 [1 q( k 0.1～0.2	1～5
聚碳酸酯	1 D4 o$ Y0 h. b K类	0～5	1 {% T+ y' U( D# `3 v0 p 15	150～450	9 N" q8 p; V! ]! d( I4 t- y 0.3～0.5	1～5
胶纸板	K类	5 Z# G9 H; k$ y/ r# g& g+ m8 D E 15	8	50～80	0.2～0.4	1～5
" |$ T7 u) c1 E" q9 G8 ^ 胶布板	4 O7 w$ |0 t) \" y K类	# r. v9 K! R; K& |2 l 15	2 K! Q6 c9 L( B% A' F' W 4～8	50～150	- E4 E" A4 O6 C: X% O 0.1～0.6	+ j, s6 U2 n0 M; g 1～5
	P类	20	7 `- P- @, u& d# { 6	30～50	$ a! |5 \; }7 N 0.2～0.3	- U7 N- w: P" n% S+ ~" _ 1～5

; N$ |1 V. T4 ?7 j% K) 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。

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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】