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塑料的切削加工特點

  青島華恩化工有限公司  

1 前言

塑料制件一般采用直接成型的方法生產,但有些塑件直接成型困難或對其精度要求高時,必須進行切削加工。塑件的切削加工一般采用加工金屬的設備。由于塑料的性能和金屬相差較大,且塑料品種繁多,其種類不同性能也有較大差異,所以塑件的切削加工有它自身的特點。

2 塑料的性能對切削加工的影響

熱性能

和金屬相比,塑料的熱容量小,導熱性差(其導熱系數只有金屬的千分之三或更小),熱膨脹系數大(比金屬大1.5~20倍)。故在切削過程中因摩擦而產生的熱量主要傳給刀具。即使少量熱量傳給塑件,因難以傳入塑件內部,極易產生局部過熱,引起塑件變色、熔融、甚至燃燒。而且溫度過高,塑件的彈性變形加劇,影響塑件的表面質量和尺寸精度,嚴重時引起工件彈跳,甚至造成事故。因此,加工中常采用冷卻劑(一般用壓縮空氣)降低溫度。

彈性模量

塑料的彈性模量只有金屬的1/10~1/16,切削加工時,若刀具和夾具對它施加壓力過大,會引起較大的彈性變形,影響塑件的加工精度,嚴重時會造成加工困難。因此在切削加工時,刀具的參數要合理,刃口要鋒利,切削用量應適當,以減小切削力。夾緊力不可過大。

塑料切屑的特點

在高速切削時,被切下來的塑料碎屑呈膠熔狀態,遇冷即硬化。在加工過程中,碎屑極易粘附在刀具上,從而改變刀具的角度,增大切削深度,影響塑件的加工精度,因此應及時除去切屑。此外塑料制件在切削加工過程中,會產生大量切屑粉塵,必須采取有效的通風除塵措施,使空氣中的粉塵含量符合國家規定的標準。

3 刀具材料的選擇

刀具的材料主要有高速鋼、硬質合金、金剛石等。切削一般的塑料,可選用前兩種刀具材料。相比較而言,高速鋼的磨利性較好,選用高速鋼刀具并仔細刃磨,能使刀具刃口更鋒利,但其耐用度低于硬質合金刀具。加工玻璃鋼宜選用金剛石刀具。因玻璃鋼由塑料和玻璃纖維兩種材料組合而成,切削時軟硬相間,斷續切削,每分鐘的沖擊達百萬次以上,刀具比切削純硬質材料還要容易磨鈍,因此應選用耐磨性極好的金剛石刀具。

4 刀具幾何參數的選擇

在選擇刀具幾何參數時應盡量減小切削力,降低切削溫度,以保證塑件的加工質量,并盡可能提高生產率和刀具耐用度,降低加工成本。下面著重討論車刀幾何參數選擇原則。

前角

車刀前角的大小直接影響切削效果。前角選大些可減小切削變形、切削力,減少切削熱的產生,降低切削溫度,減小刀具刃口鈍圓半徑,使刀刃鋒利;同時能提高塑件加工質量。但前角過大會削弱刀具強度,散熱條件變差,切削溫度反而升高,使刀具耐用度和塑件加工質量下降。因此合理選擇刀具的前角很重要。選擇時應綜合考慮塑件材料、刀具材料及加工性質三方面的因素。

實驗證明,加工塑件時,隨刀具前角的增大,切削阻力會減小。這是因為大多數塑料的抗壓強度大于抗拉強度(一般大2~3倍),從力學的角度分析,杜蘭萍28刀具前角愈大愈有利于塑料發生拉伸斷裂。故加工塑件時,刀具前角應選大些;但加工玻璃鋼等材料時,沖擊力較大,為保證刀具強度,前角應取小些,甚至取負值。

刀具材料不同,前角的選擇也不相同。高速鋼的抗彎強度和沖擊韌性較大,可承受較大的切削力,前角可取更大的數值,以減小切削力。加工性質不同,前角的選擇也不同。粗加工時,切削深度和進給量都較大,切削力大,為減小切削力,前角應取大些;精加工時,切削速度一般較高,產生的切削熱較多,為改善刀具散熱條件,降低切削溫度,前角可取小些。

后角

角的大小對切削效果的影響也較大。后角取大值可減少刀具后刀面與塑件之間的摩擦,并能使刀具刃口鈍圓半徑減小,刃口鋒利,易切入工件。但后角過大也使刀刃強度降低,刀具散熱能力下降。選擇刀具后角主要考慮切削厚度。切削厚度大(如粗加工)切削力大,為減小切削力并保證刀具有足夠的強度,前角應取大值,后角應取小值;切削厚度薄(如精加工),摩擦及刀具磨損主要發生在后刀面上,且切削力不大,刀具強度足夠,后角應取大些以減小后刀面的摩擦,減少切削熱,并使刀刃鋒利。切削常用塑料的車刀前、后角值參見表1。
表1 切削常用塑料的車刀參考角度
塑料材料 前角(°) 后角(°)
硬聚氯乙烯 10~15 10~15
聚烯烴聚四氟乙烯 0~15 15~30
聚甲醛 0~15 10~25
聚丙烯酸酯 0~10 10~25
聚酰胺 5~15 5~10
聚碳酸酯 0~10 2~5
聚苯乙烯 0 0~5
酚醛層壓板 0 15
玻璃鋼 -5~0 8~18


4.3 其它

參數車刀的主偏角、副偏角、刀尖圓弧半徑等參數也會對刀具傳熱、塑件表面粗糙度、切削力等方面產生影響。減小主、副偏角,增大刀尖圓弧半徑,可改善刀具散熱條件,使刀具磨損減??;塑件表面粗糙度減小。但主、副偏角過小或刀尖圓弧半徑過大,致使切削阻力,特別是工件切深方向的切削分力增大,容易引起塑件變形。因此在塑件剛度允許的條件下,才能取較小的主、副偏角和較大的刀尖圓弧半徑。

5 切削用量的選擇

切削速度

提高切削速度可以縮短切削時間,提高生產率,且切削力不會增大,塑件表面粗糙度也幾乎不受切削速度的影響。但切削速度增加會使切削溫度明顯升高,塑件會產生熱膨脹和熱變形,甚至變色,影響加工質量,且刀具磨損加劇、耐用度降低(切削速度提高10%,刀具耐用度會縮短為原來的40%~60%),這樣使換刀、磨刀、對刀調整等輔助時間增加,生產率反而有所下降,因此要控制切削速度。常用塑料加工時的切削速度參見表2。
表2 切削常用塑料的切削用量塑料材切削速進給切削深度量度料(mm)
塑料材料 切削速度
(mm/min) 進給量
(mm/r) 切削深度
(mm)
聚甲醛 120~180 0.1~0.25 0.12~0.5
聚酰胺 150~180 0.05~0.38 0.12~0.5
聚碳酸脂 150~300 0.12~0.5 0.12~0.5
聚烯烴、聚四氟乙烯 90~225 0.05~0.25 0.12~0.5
聚苯乙烯 230~300 0.03~0.1 -
酚醛層壓塑料 150~600 0.1~0.25 -0.25~0.75
玻璃纖維酚醛層壓塑料 45~60 ∠0.25 -
有機玻璃 15~80 0.1~0.25 -0.15~0.2


進給量和切削深度

進給量和切削深度增大時也使切削加工時間縮短,且因改善了散熱條件,切削溫度和刀具耐用度下降不大,不會使換刀、磨刀等輔助時間明顯增加,故可提高生產率。但隨著進給量和切削深度的增加,切削力會顯著增大(進給量增大一倍,切削力約增大70%~80%,切削深度增大一倍,切削力幾乎成倍增加),易使塑件產生變形而影響加工質量,甚至使工件報廢。塑件表面粗糙度值還會隨進給量的增大而增大,因此加工時應選擇合適的進給量和切削深度。切削常用塑料的進給量和切削深度參見表2。

6 結束語

在加工塑料制件時,應根據塑料的性能及加工條件、加工要求,選擇合適的刀具材料,合理選擇刀具的幾何參數及切削用量,解決好塑料加工中的特殊問題,使刀具幾何參數的切削用量達到最佳組合,以達到減小切削力,降低切削溫度,保證加工質量,提高生產率的目的。



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