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塑料的切削加工
时间: 2015-10-10 来源: 未知 作者: 安徽省轻工业学校 杜兰萍< 点击:
1 前言
制件一般采用直接成型的方法生产，但有些塑件直接成型困难或对其精度要求高时，必须进行切削加工。塑件的切削加工一般采用加工金属的设备。由于塑料的性能和金属相差较大，且塑料品种繁多，其种类不同性能也有较大差异，所以塑件的切削加工有它自身的特点。
2 塑料的性能对切削加工的影响
热性能
和金属相比，塑料的热容量小，导热性差(其导热系数只有金属的千分之三或更小)，热膨胀系数大(比金属大1.5～20倍)。故在切削过程中因摩擦而产生的热量主要传给刀具。即使少量热量传给塑件，因难以传入塑件内部，极易产生局部过热，引起塑件变色、熔融、甚至燃烧。而且温度过高，塑件的弹性变形加剧，影响塑件的表面质量和尺寸精度，严重时引起工件弹跳，甚至造成事故。因此，加工中常采用冷却剂(一般用压缩空气)降低温度。
弹性模量
塑料的弹性模量只有金属的1/10～1/16,切削加工时，若刀具和夹具对它施加压力过大，会引起较大的弹性变形，影响塑件的加工精度，严重时会造成加工困难。因此在切削加工时，刀具的参数要合理，刃口要锋利，切削用量应适当，以减小切削力。夹紧力不可过大。
塑料切屑的特点
在高速切削时，被切下来的塑料碎屑呈胶熔状态，遇冷即硬化。在加工过程中，碎屑极易粘附在刀具上，从而改变刀具的角度，增大切削深度，影响塑件的加工精度，因此应及时除去切屑。此外塑料制件在切削加工过程中，会产生大量切屑粉尘，必须采取有效的通风除尘措施，使空气中的粉尘含量符合国家规定的标准。
3 刀具材料的选择
刀具的材料主要有高速钢、硬质合金、金刚石等。切削一般的塑料，可选用前两种刀具材料。相比较而言，高速钢的磨利性较好，选用高速钢刀具并仔细刃磨，能使刀具刃口更锋利，但其耐用度低于硬质合金刀具。加工玻璃钢宜选用金刚石刀具。因玻璃钢由塑料和玻璃纤维两种材料组合而成，切削时软硬相间，断续切削，每分钟的冲击达百万次以上，刀具比切削纯硬质材料还要容易磨钝，因此应选用耐磨性极好的金刚石刀具。
4 刀具几何参数的选择
在选择刀具几何参数时应尽量减小切削力，降低切削温度，以保证塑件的加工质量，并尽可能提高生产率和刀具耐用度，降低加工成本。下面着重讨论车刀几何参数选择原则。
前角
车刀前角的大小直接影响切削效果。前角选大些可减小切削变形、切削力，减少切削热的产生，降低切削温度，减小刀具刃口钝圆半径，使刀刃锋利；同时能提高塑件加工质量。但前角过大会削弱刀具强度，散热条件变差，切削温度反而升高，使刀具耐用度和塑件加工质量下降。因此合理选择刀具的前角很重要。选择时应综合考虑塑件材料、刀具材料及加工性质三方面的因素。
实验证明，加工塑件时，随刀具前角的增大，切削阻力会减小。这是因为大多数塑料的抗压强度大于抗拉强度(一般大2～3倍)，从力学的角度分析，杜兰萍28刀具前角愈大愈有利于塑料发生拉伸断裂。故加工塑件时，刀具前角应选大些；但加工玻璃钢等材料时，冲击力较大，为保证刀具强度，前角应取小些，甚至取负值。
刀具材料不同，前角的选择也不相同。高速钢的抗弯强度和冲击韧性较大，可承受较大的切削力，前角可取更大的数值，以减小切削力。加工性质不同，前角的选择也不同。粗加工时，切削深度和进给量都较大，切削力大，为减小切削力，前角应取大些；精加工时，切削速度一般较高，产生的切削热较多，为改善刀具散热条件，降低切削温度，前角可取小些。
后角
角的大小对切削效果的影响也较大。后角取大值可减少刀具后刀面与塑件之间的摩擦，并能使刀具刃口钝圆半径减小，刃口锋利，易切入工件。但后角过大也使刀刃强度降低，刀具散热能力下降。选择刀具后角主要考虑切削厚度。切削厚度大(如粗加工)切削力大，为减小切削力并保证刀具有足够的强度，前角应取大值，后角应取小值；切削厚度薄(如精加工)，摩擦及刀具磨损主要发生在后刀面上，且切削力不大，刀具强度足够，后角应取大些以减小后刀面的摩擦，减少切削热，并使刀刃锋利。切削常用塑料的车刀前、后角值参见表1。
参数车刀的主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径等参数也会对刀具传热、塑件表面粗糙度、切削力等方面产生影响。减小主、副偏角，增大刀尖圆弧半径，可改善刀具散热条件，使刀具磨损减小；塑件表面粗糙度减小。但主、副偏角过小或刀尖圆弧半径过大，致使切削阻力，特别是工件切深方向的切削分力增大，容易引起塑件变形。因此在塑件刚度允许的条件下，才能取较小的主、副偏角和较大的刀尖圆弧半径。
5 切削用量的选择
切削速度
提高切削速度可以缩短切削时间，提高生产率，且切削力不会增大，塑件表面粗糙度也几乎不受切削速度的影响。但切削速度增加会使切削温度明显升高，塑件会产生热膨胀和热变形，甚至变色，影响加工质量，且刀具磨损加剧、耐用度降低(切削速度提高10%,刀具耐用度会缩短为原来的40%～60%)，这样使换刀、磨刀、对刀调整等辅助时间增加，生产率反而有所下降，因此要控制切削速度。常用塑料加工时的切削速度参见表2。
进给量和切削深度增大时也使切削加工时间缩短，且因改善了散热条件，切削温度和刀具耐用度下降不大，不会使换刀、磨刀等辅助时间明显增加，故可提高生产率。但随着进给量和切削深度的增加，切削力会显著增大(进给量增大一倍，切削力约增大70%～80%，切削深度增大一倍，切削力几乎成倍增加)，易使塑件产生变形而影响加工质量，甚至使工件报废。塑件表面粗糙度值还会随进给量的增大而增大，因此加工时应选择合适的进给量和切削深度。切削常用塑料的进给量和切削深度参见表2。
6 结束语
在加工塑料制件时，应根据塑料的性能及加工条件、加工要求，选择合适的刀具材料，合理选择刀具的几何参数及切削用量，解决好塑料加工中的特殊问题，使刀具几何参数的切削用量达到最佳组合，以达到减小切削力，降低切削温度，保证加工质量，提高生产率的目的。(end)
制件一般采用直接成型的方法生产，但有些塑件直接成型困难或对其精度要求高时，必须进行切削加工。塑件的切削加工一般采用加工金属的设备。由于塑料的性能和金属相差较大，且塑料品种繁多，其种类不同性能也有较大差异，所以塑件的切削加工有它自身的特点。
2 塑料的性能对切削加工的影响
热性能
和金属相比，塑料的热容量小，导热性差(其导热系数只有金属的千分之三或更小)，热膨胀系数大(比金属大1.5～20倍)。故在切削过程中因摩擦而产生的热量主要传给刀具。即使少量热量传给塑件，因难以传入塑件内部，极易产生局部过热，引起塑件变色、熔融、甚至燃烧。而且温度过高，塑件的弹性变形加剧，影响塑件的表面质量和尺寸精度，严重时引起工件弹跳，甚至造成事故。因此，加工中常采用冷却剂(一般用压缩空气)降低温度。
弹性模量
塑料的弹性模量只有金属的1/10～1/16,切削加工时，若刀具和夹具对它施加压力过大，会引起较大的弹性变形，影响塑件的加工精度，严重时会造成加工困难。因此在切削加工时，刀具的参数要合理，刃口要锋利，切削用量应适当，以减小切削力。夹紧力不可过大。
塑料切屑的特点
在高速切削时，被切下来的塑料碎屑呈胶熔状态，遇冷即硬化。在加工过程中，碎屑极易粘附在刀具上，从而改变刀具的角度，增大切削深度，影响塑件的加工精度，因此应及时除去切屑。此外塑料制件在切削加工过程中，会产生大量切屑粉尘，必须采取有效的通风除尘措施，使空气中的粉尘含量符合国家规定的标准。
3 刀具材料的选择
刀具的材料主要有高速钢、硬质合金、金刚石等。切削一般的塑料，可选用前两种刀具材料。相比较而言，高速钢的磨利性较好，选用高速钢刀具并仔细刃磨，能使刀具刃口更锋利，但其耐用度低于硬质合金刀具。加工玻璃钢宜选用金刚石刀具。因玻璃钢由塑料和玻璃纤维两种材料组合而成，切削时软硬相间，断续切削，每分钟的冲击达百万次以上，刀具比切削纯硬质材料还要容易磨钝，因此应选用耐磨性极好的金刚石刀具。
4 刀具几何参数的选择
在选择刀具几何参数时应尽量减小切削力，降低切削温度，以保证塑件的加工质量，并尽可能提高生产率和刀具耐用度，降低加工成本。下面着重讨论车刀几何参数选择原则。
前角
车刀前角的大小直接影响切削效果。前角选大些可减小切削变形、切削力，减少切削热的产生，降低切削温度，减小刀具刃口钝圆半径，使刀刃锋利；同时能提高塑件加工质量。但前角过大会削弱刀具强度，散热条件变差，切削温度反而升高，使刀具耐用度和塑件加工质量下降。因此合理选择刀具的前角很重要。选择时应综合考虑塑件材料、刀具材料及加工性质三方面的因素。
实验证明，加工塑件时，随刀具前角的增大，切削阻力会减小。这是因为大多数塑料的抗压强度大于抗拉强度(一般大2～3倍)，从力学的角度分析，杜兰萍28刀具前角愈大愈有利于塑料发生拉伸断裂。故加工塑件时，刀具前角应选大些；但加工玻璃钢等材料时，冲击力较大，为保证刀具强度，前角应取小些，甚至取负值。
刀具材料不同，前角的选择也不相同。高速钢的抗弯强度和冲击韧性较大，可承受较大的切削力，前角可取更大的数值，以减小切削力。加工性质不同，前角的选择也不同。粗加工时，切削深度和进给量都较大，切削力大，为减小切削力，前角应取大些；精加工时，切削速度一般较高，产生的切削热较多，为改善刀具散热条件，降低切削温度，前角可取小些。
后角
角的大小对切削效果的影响也较大。后角取大值可减少刀具后刀面与塑件之间的摩擦，并能使刀具刃口钝圆半径减小，刃口锋利，易切入工件。但后角过大也使刀刃强度降低，刀具散热能力下降。选择刀具后角主要考虑切削厚度。切削厚度大(如粗加工)切削力大，为减小切削力并保证刀具有足够的强度，前角应取大值，后角应取小值；切削厚度薄(如精加工)，摩擦及刀具磨损主要发生在后刀面上，且切削力不大，刀具强度足够，后角应取大些以减小后刀面的摩擦，减少切削热，并使刀刃锋利。切削常用塑料的车刀前、后角值参见表1。
表1 切削常用塑料的车刀参考角度
参数车刀的主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径等参数也会对刀具传热、塑件表面粗糙度、切削力等方面产生影响。减小主、副偏角，增大刀尖圆弧半径，可改善刀具散热条件，使刀具磨损减小；塑件表面粗糙度减小。但主、副偏角过小或刀尖圆弧半径过大，致使切削阻力，特别是工件切深方向的切削分力增大，容易引起塑件变形。因此在塑件刚度允许的条件下，才能取较小的主、副偏角和较大的刀尖圆弧半径。
5 切削用量的选择
切削速度
提高切削速度可以缩短切削时间，提高生产率，且切削力不会增大，塑件表面粗糙度也几乎不受切削速度的影响。但切削速度增加会使切削温度明显升高，塑件会产生热膨胀和热变形，甚至变色，影响加工质量，且刀具磨损加剧、耐用度降低(切削速度提高10%,刀具耐用度会缩短为原来的40%～60%)，这样使换刀、磨刀、对刀调整等辅助时间增加，生产率反而有所下降，因此要控制切削速度。常用塑料加工时的切削速度参见表2。
表2 切削常用塑料的切削用量塑料材切削速进给切削深度量度料(mm)
进给量和切削深度增大时也使切削加工时间缩短，且因改善了散热条件，切削温度和刀具耐用度下降不大，不会使换刀、磨刀等辅助时间明显增加，故可提高生产率。但随着进给量和切削深度的增加，切削力会显著增大(进给量增大一倍，切削力约增大70%～80%，切削深度增大一倍，切削力几乎成倍增加)，易使塑件产生变形而影响加工质量，甚至使工件报废。塑件表面粗糙度值还会随进给量的增大而增大，因此加工时应选择合适的进给量和切削深度。切削常用塑料的进给量和切削深度参见表2。
6 结束语
在加工塑料制件时，应根据塑料的性能及加工条件、加工要求，选择合适的刀具材料，合理选择刀具的几何参数及切削用量，解决好塑料加工中的特殊问题，使刀具几何参数的切削用量达到最佳组合，以达到减小切削力，降低切削温度，保证加工质量，提高生产率的目的。(end)