一、 前言
塑膠工業於二十世紀中葉因石油化工蓬勃發展而有長足發展，塑膠以其優越的
抗蝕能力可塑性而廣泛應用在工業產品和日用品中；晚近高強韌塑膠如克維拉
等加入在許多應用領域已強過金屬，克維拉複合材鋼盔即是成功的案例。塑膠
基質的韌性、黏性和添加物補強後的硬度、強度，使許多型塑膠成為難切削材料，而其切削性質確有別於金屬難切削材料，塑膠由於塑造﹝CASTING﹞流動
性好，模具相對強度低；因此模造零組件佔有絕大應用比例，因此切削應用較少，也鮮少課題探討。本文僅就塑膠特性其銑削應用結合刀具設計概念，對塑膠切削提供較定正介紹。本文引界資訊時，有助於在塑膠加工領域中有興趣的業者，能更進一步瞭解塑膠切削不同於金屬和如何掌握加工條件，獲致成功的切削結果。
塑膠切削
塑料分類
‧F 類：纖維補強塑膠材料，包括FRP/CRP/CRP等。通常纖維強度及厚度，補
強方式決定了切削性，深潛或航太用複合料，加工難度高。
‧R 類：硬質或脆性塑膠，因其物性而不易加工；因此正確的切削條件和刀具
選擇，可以在CNC機械上獲得很好的切削精度。
‧X 類：較具彈性的塑膠材料，但是常發生工件固定問題，良好的加工有賴刀
具幾何形狀，不同物性的材料對應不同形狀刀具，才能達到最佳效果。
刀具材質
‧HSS 廉價、加工性好，抗裂性強，適合切削。R類及X類材料，刀具壽命不
如碳化物，特別在對付R類材料時。碳化物多用在F類材料，也可用在R類
材料，單刃研磨刀片或硬焊刀桿，也可用在所有塑膠材料上，因刃尖銳利度
不如HSS， 故粗度較大，切削R類材料要先試刀。
刀具設計
‧適用鋼材或木材的刀具，就能切削塑膠的觀念是錯誤的，特別是塑膠加工量增加後，專用形刀具多樣化；此類刀具的槽道及刃角，依塑膠物性而有變化，塑料切削常易發生刃尖積屑熔著現象，刃部設計特別著重排屑，而且維護切削面光度，多刃全碳化物螺旋槽銑刀常用於F類GRP材料；全碳化物直槽刀，或具有碳化物刀片的Z槽HSS刀，則適用於R類材料，但新型的3槽構形，其實際應用表現優異。X類多由單刃HSS，或碳化物直槽，或極小螺角的刀具進行切削。
碳化鎢Z槽刀 多刃左旋刀 碳化鎢雙刃Z槽刀 3刃精銑刀
刀具磨耗
‧切削熱是刀具壽命的主宰因素，因此要先掌握材料物性，慎選刀具；通常銳利的刃部將降低熱量，因此刃部鈍化時，切削能力將大幅降低。
‧增加進給或降低轉速，在加工精度容許下，儘量產生大型切屑，讓切削熱被切屑帶走，直到刀具鈍化。
‧刀具系統剛性和夾治具不良，也會因振動衍生切削問題，影響刀具壽命。
筒夾/刀把
─ 多數小徑刀具採筒夾固定，卻忽略其精度維護造成切削精度不良，通常
500至700運轉小時後，因彈性及硬化使TIR值降低時，建議更新。
─ 使用精密筒夾要保持乾淨，避免撞擊。
─ 剛性的刀把有助於切削，特別是彈性塑料；適合高速切削。精密高剛性刀
把有助於切削精度和刀具壽命。
治具/夾具
─ 快速進給高精度切削塑膠材料，避免熔著或劣化刀具，刃尖銳利度有賴於
工件是否能可靠的呈現適當剛性。不良的緊定，不僅減損刀具刀具壽命，
嚴重者損害切削系統。
─ 塑料輕薄，真空式吸盤是種有效的治具，它經由真空泵，在工件與檯面間
建立真空，吸附工件承受切削力量，﹝詳如附圖﹞。工件的面粗度，平面
度影響真空度，較大且重的工件，可以使用塑性墊圈構建密封真空容室；
此類治具最大荷力是面積與大氣壓力乘積；缺點則是切削不能穿透工件，
否則將因真空喪失，無法固定工件進行切削。
─ 特殊真空吸盤因應工件需要，結合其他緊定機構，供特殊形狀工件使用，
有些塑料墊子呈膠條或油泥狀，可塑性極高，可以區隔多個真空區或避開
無法建構真空部分，增加應用彈性。
─ 冷凍型吸盤利用凍凝固定原理，將工件緊定在吸盤上，不受工件形狀影響，
低溫可由液態氣體完成，但價格較貴，荷載利樣均勻可靠。
程式技術
─ 高速進給，高速切削有助於塑膠材料切削精度提昇，但是在工件隅角或刀具行
進路徑轉向，增減速狀態下會出現粗化，必須借助程式規劃，獲得最佳表現。
─ 對深孔作業搪銑孔建議先以小型刀先成一孔，容納精銑刀做精削成形，可
以加速獲得高品質精度。
─ 如刀具銳利度和強度許可，增加進給及速率有助於降低切屑熔著問題。
切削熱移除
─ 塑膠材料的塑性最佳，黏刀磨擦力大，極易生成切削熱，排熱不良時，不僅影
響切削，嚴重時造成刃尖熔著，或切屑在加工面上形成在熔著其成因為：
‧HSS/碳化物刀材應用選擇不當。 ‧旋盤速率太高，不適合刀具需要。
‧進給速率太低。 ‧切削路徑停止及 / 或滯礙。
‧過量深削或低速沉削。 ‧不當刀具旋向﹝下銑 / 上銑﹞。
‧進給方向錯誤﹝上銑 / 下銑﹞。 ‧錯誤旋盤轉向。
‧刀具吃入太深，沒入工件。 ‧使用鈍化刀具。
‧精削時刀刃吃刀太淺。 ‧有些塑料需用多次乾削完成。
─ 切削熱；是切削不良，刀具損傷的主要因素，避免此類問題要注意：
‧塑料切削時切屑成形不能成粉末狀。
‧切屑體積愈大，總熱生成少，熱量帶走多。
‧進給受限於旋盤馬力和切削品質，切削不良時先降進給。
‧降低進給速率，應注意過熱及熔著問題。
‧經濟切削要依賴切削系統剛性和刀具銳利適當。
‧刀具壽命有賴於切削數具的正確。
‧
筒夾維護
熱是刀具最大的敵人，連續切削熱會傳至夾具，導致剛性和彈性的改變，
需要增加緊度強度；並且注意材料疲乏現象。因此定期量測偏擺和振動是有益的，以精密因素考量精度良好的筒夾壽命約400至600運轉小時，視品質而有甚大差異，使用經驗有助於管理作為，不當延長使用不僅劣化切削品質，可能因筒夾傷害禍及系統；更新刀具時，應檢查筒夾，並且做好清潔工作再結合；
因為筒夾的精度來自於乾淨的結合面，結合不良或異物夾入會引發切削時的振動，傷害切削系統，筒夾安裝時，刀具 / 筒夾都要探底，才能使受力平均。﹝詳如附圖﹞，即便在受熱狀態也能因平均附著，降低影響。封裝新品筒夾或污染的勘用品，可用不燃性稀薄清潔劑和牙刷清潔其內部，並吹乾防止異物附著；切勿使用石油基潤滑油料和破布擦拭，避免塵埃附著。
筒夾型式﹝如附圖﹞
半夾式筒夾：刀具與筒夾結合面估全長80%，筒夾尾端因前端束縛力量壓制刀體，
達到抱持目的，此形筒夾在前端上緊，機構簡單，適用刀柄不足長或
較短時應用。
全夾式筒夾：結合後筒夾首尾均受束縛，使用上更具彈性，且容許夾持範圍變化
，夾持長度必須超越75-80%。筒夾置入刀把時要置底，因為接觸面
積將影響受力分配；如果刀長不足時，使用此形筒夾要在底部塞入
同徑夾柄，以防止受力不均衍生問題。實驗顯示夾持不足下無論
HSS或碳化物刀材經數十次鎖緊後，已傷害筒夾內面，夾持不良也含
產生內面毀傷，或磨成菇狀失圓，正確夾持方式如(附圖11)
刀具特性﹝如附圖12﹞
塑膠切削刀具小徑刀較多，因此對圖示A/B/C處要求相對重要；
A點需要更大導角，防止筒夾干涉。
B點要有適當引道長度，太長影響夾持長，太短造成應力集中。
C點影響刀具強度，適宜有較大弧度支撐，對於刃數選擇。
‧單刃刀適用高進給要比精削重要的切削。
‧雙刃刀切削穩定，容易掌控做精削。
‧精削採兩次完成，初削用單刃，精削用3刃或4刃。
‧具螺旋槽刀具採下銑，幫助切削排除及壓制工件。
‧薄切削時使用直槽刀有助材料穩定。
‧
切削條件
壓縮空氣：乾削通常需要90PSi/ 30c fm用於清潔及潤滑冷卻，如系統能力受限
時，應維持70Psi/20cmf，氣壓降低10%以下時，應注意系統問題。
旋盤轉速：刀徑愈小，所需轉速愈大，3mm徑刀具需40,000rpm轉速。
切削冷卻：有些塑料需要冷卻，多數加工業者使用蜂臘或皂塊，通常切屑成形
良好時，精度也有相對表現時，可不需冷卻。
系統維護：旋盤軸承﹝如圖示﹞雖有保護，但不一定密封，每3-6個月維護一
次，筒夾每2-6個月更新，並且視切削系統表現而調整；主軸偏擺
﹝TIR﹞值，保持在15微米左右，大於50微米應檢查，並儘可能
保持刃尖偏擺在0.25mm 以內，否則不僅劣化刀具，切削品質也粗。
ABS/PP/Acrylic/PET.
ABS – ABS是專為工業界使用的工程塑膠，成形工件或料件呈固態具彈性。
工件如固定不良容易振動，刀具宜採直槽式單刃或雙刃，刀徑視工件採
6mm或更小；冷卻作業下HSS刀效果很好，但碳化物直式固槽刀也廣
泛有效，經研磨螺紋槽刀，是專供塑料切削的新開發刀種，可有更好的
切屑流道和切削效果。ABS切削時切屑排除滯礙時，會發生熔著現象，
高速數控切削時，刀具磨耗等問題不易觀察，研磨銳利的碳化物刀具是
較適合的選擇。
P.P. – Polypropylene是常用的射出成形塑料，可以夾纖熱塑；因此強度/產量/
加工性視配方而有很大差異，大體上物性介於橡膠與塑膠間；由於化學
穩定性好，是容器、家用器材零組件的常用材料，它不易加工，容易熔
著或發生刃尖積屑現象，但是還是可以克服做到精削品質；進給及切削
速率視刀具性能而定，原則上採用較小螺旋角做大切屑切削。單刃或雙
刃能做上銑及下銑，高進給需要匹配低轉速；實用上提高進給，直到精
度降到臨界熱化時，降低轉速置於可接受精度，重複此程序至最佳切削
條件，精削應兩道完成，如許可換刀時，精削宜採圖示之精削刀種，切
削時勿使切深大於刃部，寧採多次切削達到需要深度；工件固定很重要，
建議以襯墊改善緊定效果，特別是真空附著時，請參考附圖。
壓克力﹝Acrylic﹞ - 壓克力是應用普遍的熱塑型材料，性質由軟到硬，甚至脆
硬；工件由薄到厚，透明至粗糙透光；表面硬度優良，抗化學及環境傷害
能力好，良好熱塑及防水能力，加工性也好。壓克力能以熱噴敷成形方式
加纖補強，增益耐久抗老化性質，，壓克力工件成品被要求要具備良好的
加工面，及添加剛性的纖維層來，能承載更大的負荷，以兼具抗老化及高
荷載和耐久性。
壓克力切削 – 壓克力被大量用在飛機舷窗玻璃，和照明器材，的透光組件上，
家用品組件照明、浴室經過表面硬化的壓克力，添加了礦物或無機物可承
擔更大的壓力和對抗擦刮，被應用在牆壁處理和船舶工業；壓克力或ABS
的船身具有極佳面精度和抗腐蝕能力，被製成小型船舶零組件，壓克力加
工性，可以非常容易，也會呈現極困難，端視加工環境而定；多數板材一
經熱塑，即呈現脆性薄板，可以單刃直槽碳化物刀種切削，多刃刀可採低
螺旋角，以上銑或下銑加工。﹝上銑刀及下銑刀如附圖﹞。
切削深度較厚的加工可採兩次獲多次完成；第一道吃刀0.5mm削去較硬
質面材，中切削在工件不裂、不破損刀具情況下，可做最大吃深切削。﹝參
考下圖﹞，面銑刀可採雙槽或3槽低螺旋角全碳化物銑刀，此類刀對壓克
力材料最大吃深可達12mm，進給和速率必須經由試刀，確認最佳切削條
件後，再進行實削產量。
“SKIN Cutting Parts”
PET - PET是種通用的熱塑型材料，可以加纖補強(PET G)。因此性質也有很
大變化，切削刀具及切削條件差異很大，她被廣泛用在汽機車零件和各種
可透視蓋板等零件。此類材料不適用V型或Z型銑刀，因為切削時容易發
生破裂問題，採用數控機器及全碳化物單刃刀或雙刃刀切削，雙刃切削量
大，如粗度不佳時，則採單刃刀，有冷卻空氣供給時，HSS圓槽刀也是很
經濟有效的選擇。當然，碳化物刀有冷卻空氣供給時表現良好，數控切削
時，對隅角等需要適當規劃，避免崩損問題發生，﹝附詳圖﹞，切削速率
在18000rpm左右，進給時，每分鐘5米 至9米 ，吃深5mm 左右。由於
採高速切削，因此刀具品質及幾何形狀要慎選。
一、 結論
塑膠以其獨具的特性，得在工業材料中佔有舉足輕重的地位；廉價的成本結合製造方便，量產快速的能力，被廣泛應用在工業產品和日常用品上，本屆諾貝爾化學獎落在導電塑膠主題上，展望二十一世紀塑膠將突破絕緣禁界，踏入一個嶄新的領域，塑膠將結合其他材料擴大其應用範圍；因此可見的塑膠加工需要將相對增加。塑膠切削應用知識將日益迫切，期望本文有助於業者提昇能量
增益品質，開闢另一個高科技市場，籌策台灣經濟。
留言列表
