对非金属材料切削加工的相关问题分析

中图分类号：D623 文献标识码：A 文章编号：1003-2738（2012）05-0326-02

摘要：非金属材料在人们的生活中使用的越来越广泛，如：橡胶、陶瓷、塑料等，因此，通过研究非金属材料的加工切削具有十分重要的现实意义。本文首先分析了当前非金属材料的基本分类，对非金属材料有了一个系统的认识，进而对五种非金属材料的加工进行了深入细致的论述，明确了在提高生产效率、降低生产成本的同时，更好地确保非金属材料的质量。

关键词：非金属；切削加工；金刚石

一、前言

进入21世纪后，人们对物质生活的追求越来越强烈，对非金属材料的加工，具有着严格的技术要求。现在很多的高分子非金属材料的使用为人们的生产生活带来很大的便利，提高了生活质量。因此，非金属材料的加工成为一项重要的开发项目。近些年来，非金属材料的加工企业在全国各地不断的增多，考虑到很多的非金属材料的生产、使用都严重的危害着环境，如塑料袋的广泛使用，造成了城市的白色污染，由于塑料袋在短期内不能被腐蚀，被埋在土壤里，对土壤造成严重危害，有些塑料制品本身带有剧毒，进入生活用水后对水质造成严重的污染，对人们的身体健康造成严重的威胁。所以，对现在非金属材料加工企业的生产技术要求非常的严格。

二、非金属材料的分类

根据非金属材料的性能而言，非金属材料可以分成3类。

1.非金属材料的硬度比较低的热塑性塑料，如：尼龙、特氟龙等。

2.非金属材料的硬度比较大的固性塑料，如环氧树脂、酚醛等。、

3.具有磨损物质组成的非金属材料，如石墨和碳等。

三、对非金属材料的切削加工

1.对硬度不高的塑料的切削加工。

按照成型方法，塑料可分为压塑料和层压塑料。压塑料是以热固性或热塑性树脂与填料为基础配置而成的粉状或纤维状半成品，再由使用厂家用压塑方法制成各种形状的零件或型材。层压塑料是将纸片，棉布，玻璃布等片状材料在合成树脂中浸渍后，用层压法压制而成的胶纸板，胶布扳，玻璃胶布板以及管材，棒材等半成品，然后经过机械加工，制成各种零件。塑料切削过程由其在加工时变形性质决定。由于某些塑料在切屑形成时不存在塑性变形区，其切削过程与脆性金属材料相类似。当作用在刀具上的力超过材料的内结合力时，刀具就切除其前刀面前面的材料层，这时发生瞬时破裂，形成典型的崩碎切屑，呈现为高速脱落的未及变形的塑料碎屑。

由于塑料本身的硬度不高，不像金属材料那样坚硬，所以切削时产生的切削力较少，各类树脂和填充材料的性能决定着塑料的切削加工性。又因为塑料的导热系数比较低，切削产生的热量不能及时的散发出去，热量聚集在切削的刀刃上，这样会对刀产生巨大的磨损，容易引起切削工具的严重变形。还要注意的是一般的塑料不耐高温，在对塑料进行作业时，产生高温容易引起塑料的烧焦或熔化变形现象。对于比较软的非金属材料的切削时，要采用正前角较大的刀刃工具，一般采用45度角，这样能够使软塑料在作业时不容易变形、能够完全的进行切割、切削后不弹回、粘附于刀片上等现象。

2.对非金属材料橡胶的切削加工。

橡胶具有良好的弹性、易变性和复原性，是一种高分子弹性化合物，不具有导热性和金属般的硬度。由于橡胶的具有极大的弹性，在进行切削加工时极易容易变形，而且弹性恢复的很快，所以通常在对橡胶进行作业时采用高速钢刀具。

3.对非金属材料石材的切削加工。

首先，对大理石的磨削加工。天然大理石是高级装饰材料，随着建筑业的发展，不仅对其需求量急剧的增加，而且质量要求也越来越高。锯切下来的大理石，一般经过粗磨，精磨和抛光等一系列加工才成为成品。因此，磨削加工工艺参数的选择，对磨削表面质量，磨削生产率和加工成本有很大的影响。其次，对玛瑙的切削。第一，采用玛瑙材料作为零件的时候，通过毛坯的余量非常大，所以进行高效率的粗磨是非常必要的。用碳比砖砂轮磨削玛瑙时易形成塑性变形态切屑，这对降低丧面粗糙度R。是有利的，仉加工表面又容易产生热融怯，致加工表面不稳定，不可靠，因此，碳化硅砂轮精磨玛瑙还存在一定的缺陷。

4.对非金属材料玻璃的切削加工。

首先，对玻璃进行钻孔。目前，在玻璃上打孔的方法有四种，即研磨打孔、电火花打孔、超声波打孔和激光打孔。研磨打孔法是用和加工孔径基本相同的研磨杆带动金刚石研磨膏在被加工工件上运动而研磨成孔，这个方法比较费时间，同时精度也不是很高，超声波打孔、激光打孔和电火花打孔只适用于加工小孔。

其次，对玻璃进行切割。保证玻璃切割质量的关键是要切割头的质量和精度，而他们是有切割头相对玻璃表面方位的稳定性决定的。一般情况下，刀刃的移动速度为30—60m/min范围之内，这个就需要经常换切割头，一般每个小时要换三四次。在工作过程中，切割头和刀体侧阪接触表面的磨损很大，加大了切割头的偏移和倾斜。由于切割头侧向位移和倾斜，降低了玻璃毛坯的切割精度。

再次，玻璃的高速精磨。用金刚石微粉高速精磨是光学玻璃冷加工的一种新工艺。它是采用一定粒度、一定浓度的金刚石粉和一定配方的粘洁剂混合在一起，搅拌均匀后用粉末冶金的方法。先制成直径大小不同的磨片，再按一定的排列方式和覆盖比，在金属基模上贴制成磨盘，经过精修达到要求的几何精度，在专用机床上以高转速、高压力对玻璃进行精磨的方法，它的效率要比原来普通细磨方法提高三十倍。

5.对非金属材料陶瓷的切削。

陶瓷是一种烧结制成的硬脆性材料。对陶瓷烧结体较多采用金刚石砂轮进行磨削、细磨、超精加工、滚压及利用金刚石磨料研磨、抛光等加工方法。但由于烧结时产生较大的收缩和变形，使烧结后不得不留有较大的加工余量而增大厂精加工成本。

在获得相同粗糙度及加工精度的情况下，磨削陶瓷所用的砂轮粒度比磨削金属所选用的砂轮粒度要细。如金属磨削选用30-60#粒度进行粗磨加精磨的时候，陶瓷磨削应该选择140—230#以及400-800#粒度，甚至更细，并且为了防止加工的时候出现崩刀的情况，应该减少切削用量，所以陶瓷的磨削效率远低于金属的磨削。同时，残余应力上要受砂轮粒度的影响，砂轮的粒度越粗，产生的压缩残余应力越大，从而弯曲强度越高，但同时陶瓷表面及相当深处在高压情况下也产生缺陷而直接影响弯曲强度。

总之，研究非金属材料的切削加工也和研究金属切削加工一样，其实不外乎是根据这些研究规律有意识地控制切削过程，从而保证零件的加工质量，提高生

产率和降低成本。由于各种非金属材料的性能千差万别，为此给机械加工提出了很多新的课题。如非金属材料的切削机理，适应及需要的切削刀具及机床，非金属材料机械零件的机械加工工艺等方面的研究与发展。所有这些，都将会使非金属材料的切削加工飞跃发展。

参考文献：

[1]李滨，张福生，张昕.金属材料与非金属材料叠料冲压方法[Z].亿和精密金属制品有限公司，2011年5月.

[2]佟岳军.非金属材料的切削加工[J].黑龙江科技信息，2002年第1期.

[3]魏莎莎,卢志红.CVD金刚石涂层工具在石墨加工中的应用[J].燕山大学学报，2006年第9期.

[4]王和照，张庆远.金刚石涂层工具的切削性能[J].工具技术，1996年第10期.

[5]胡为民.人造金刚石在非金属材料加工中的应用[J].人工晶体，1980年第4期.

[6]刘华，寇亮.PCD刀具在非金属材料加工中的应用[J].工具技术，2006年第9期.

中图分类号：D623 文献标识码：A 文章编号：1003-2738（2012）05-0326-02

摘要：非金属材料在人们的生活中使用的越来越广泛，如：橡胶、陶瓷、塑料等，因此，通过研究非金属材料的加工切削具有十分重要的现实意义。本文首先分析了当前非金属材料的基本分类，对非金属材料有了一个系统的认识，进而对五种非金属材料的加工进行了深入细致的论述，明确了在提高生产效率、降低生产成本的同时，更好地确保非金属材料的质量。

关键词：非金属；切削加工；金刚石

一、前言

进入21世纪后，人们对物质生活的追求越来越强烈，对非金属材料的加工，具有着严格的技术要求。现在很多的高分子非金属材料的使用为人们的生产生活带来很大的便利，提高了生活质量。因此，非金属材料的加工成为一项重要的开发项目。近些年来，非金属材料的加工企业在全国各地不断的增多，考虑到很多的非金属材料的生产、使用都严重的危害着环境，如塑料袋的广泛使用，造成了城市的白色污染，由于塑料袋在短期内不能被腐蚀，被埋在土壤里，对土壤造成严重危害，有些塑料制品本身带有剧毒，进入生活用水后对水质造成严重的污染，对人们的身体健康造成严重的威胁。所以，对现在非金属材料加工企业的生产技术要求非常的严格。

二、非金属材料的分类

根据非金属材料的性能而言，非金属材料可以分成3类。

1.非金属材料的硬度比较低的热塑性塑料，如：尼龙、特氟龙等。

2.非金属材料的硬度比较大的固性塑料，如环氧树脂、酚醛等。、

3.具有磨损物质组成的非金属材料，如石墨和碳等。

三、对非金属材料的切削加工

1.对硬度不高的塑料的切削加工。

按照成型方法，塑料可分为压塑料和层压塑料。压塑料是以热固性或热塑性树脂与填料为基础配置而成的粉状或纤维状半成品，再由使用厂家用压塑方法制成各种形状的零件或型材。层压塑料是将纸片，棉布，玻璃布等片状材料在合成树脂中浸渍后，用层压法压制而成的胶纸板，胶布扳，玻璃胶布板以及管材，棒材等半成品，然后经过机械加工，制成各种零件。塑料切削过程由其在加工时变形性质决定。由于某些塑料在切屑形成时不存在塑性变形区，其切削过程与脆性金属材料相类似。当作用在刀具上的力超过材料的内结合力时，刀具就切除其前刀面前面的材料层，这时发生瞬时破裂，形成典型的崩碎切屑，呈现为高速脱落的未及变形的塑料碎屑。

由于塑料本身的硬度不高，不像金属材料那样坚硬，所以切削时产生的切削力较少，各类树脂和填充材料的性能决定着塑料的切削加工性。又因为塑料的导热系数比较低，切削产生的热量不能及时的散发出去，热量聚集在切削的刀刃上，这样会对刀产生巨大的磨损，容易引起切削工具的严重变形。还要注意的是一般的塑料不耐高温，在对塑料进行作业时，产生高温容易引起塑料的烧焦或熔化变形现象。对于比较软的非金属材料的切削时，要采用正前角较大的刀刃工具，一般采用45度角，这样能够使软塑料在作业时不容易变形、能够完全的进行切割、切削后不弹回、粘附于刀片上等现象。

2.对非金属材料橡胶的切削加工。

橡胶具有良好的弹性、易变性和复原性，是一种高分子弹性化合物，不具有导热性和金属般的硬度。由于橡胶的具有极大的弹性，在进行切削加工时极易容易变形，而且弹性恢复的很快，所以通常在对橡胶进行作业时采用高速钢刀具。

3.对非金属材料石材的切削加工。

首先，对大理石的磨削加工。天然大理石是高级装饰材料，随着建筑业的发展，不仅对其需求量急剧的增加，而且质量要求也越来越高。锯切下来的大理石，一般经过粗磨，精磨和抛光等一系列加工才成为成品。因此，磨削加工工艺参数的选择，对磨削表面质量，磨削生产率和加工成本有很大的影响。其次，对玛瑙的切削。第一，采用玛瑙材料作为零件的时候，通过毛坯的余量非常大，所以进行高效率的粗磨是非常必要的。用碳比砖砂轮磨削玛瑙时易形成塑性变形态切屑，这对降低丧面粗糙度R。是有利的，仉加工表面又容易产生热融怯，致加工表面不稳定，不可靠，因此，碳化硅砂轮精磨玛瑙还存在一定的缺陷。

4.对非金属材料玻璃的切削加工。

首先，对玻璃进行钻孔。目前，在玻璃上打孔的方法有四种，即研磨打孔、电火花打孔、超声波打孔和激光打孔。研磨打孔法是用和加工孔径基本相同的研磨杆带动金刚石研磨膏在被加工工件上运动而研磨成孔，这个方法比较费时间，同时精度也不是很高，超声波打孔、激光打孔和电火花打孔只适用于加工小孔。

其次，对玻璃进行切割。保证玻璃切割质量的关键是要切割头的质量和精度，而他们是有切割头相对玻璃表面方位的稳定性决定的。一般情况下，刀刃的移动速度为30—60m/min范围之内，这个就需要经常换切割头，一般每个小时要换三四次。在工作过程中，切割头和刀体侧阪接触表面的磨损很大，加大了切割头的偏移和倾斜。由于切割头侧向位移和倾斜，降低了玻璃毛坯的切割精度。

再次，玻璃的高速精磨。用金刚石微粉高速精磨是光学玻璃冷加工的一种新工艺。它是采用一定粒度、一定浓度的金刚石粉和一定配方的粘洁剂混合在一起，搅拌均匀后用粉末冶金的方法。先制成直径大小不同的磨片，再按一定的排列方式和覆盖比，在金属基模上贴制成磨盘，经过精修达到要求的几何精度，在专用机床上以高转速、高压力对玻璃进行精磨的方法，它的效率要比原来普通细磨方法提高三十倍。

5.对非金属材料陶瓷的切削。

陶瓷是一种烧结制成的硬脆性材料。对陶瓷烧结体较多采用金刚石砂轮进行磨削、细磨、超精加工、滚压及利用金刚石磨料研磨、抛光等加工方法。但由于烧结时产生较大的收缩和变形，使烧结后不得不留有较大的加工余量而增大厂精加工成本。

在获得相同粗糙度及加工精度的情况下，磨削陶瓷所用的砂轮粒度比磨削金属所选用的砂轮粒度要细。如金属磨削选用30-60#粒度进行粗磨加精磨的时候，陶瓷磨削应该选择140—230#以及400-800#粒度，甚至更细，并且为了防止加工的时候出现崩刀的情况，应该减少切削用量，所以陶瓷的磨削效率远低于金属的磨削。同时，残余应力上要受砂轮粒度的影响，砂轮的粒度越粗，产生的压缩残余应力越大，从而弯曲强度越高，但同时陶瓷表面及相当深处在高压情况下也产生缺陷而直接影响弯曲强度。

总之，研究非金属材料的切削加工也和研究金属切削加工一样，其实不外乎是根据这些研究规律有意识地控制切削过程，从而保证零件的加工质量，提高生

产率和降低成本。由于各种非金属材料的性能千差万别，为此给机械加工提出了很多新的课题。如非金属材料的切削机理，适应及需要的切削刀具及机床，非金属材料机械零件的机械加工工艺等方面的研究与发展。所有这些，都将会使非金属材料的切削加工飞跃发展。

参考文献：

[1]李滨，张福生，张昕.金属材料与非金属材料叠料冲压方法[Z].亿和精密金属制品有限公司，2011年5月.

[2]佟岳军.非金属材料的切削加工[J].黑龙江科技信息，2002年第1期.

[3]魏莎莎,卢志红.CVD金刚石涂层工具在石墨加工中的应用[J].燕山大学学报，2006年第9期.

[4]王和照，张庆远.金刚石涂层工具的切削性能[J].工具技术，1996年第10期.

[5]胡为民.人造金刚石在非金属材料加工中的应用[J].人工晶体，1980年第4期.

[6]刘华，寇亮.PCD刀具在非金属材料加工中的应用[J].工具技术，2006年第9期.

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