CNC 塑料加工后处理：主轴停止不是终点

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  CNC 塑料加工后处理实际改变了什么
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  边缘质量与去毛刺：加工后的第一道工序
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  应力消除：大多数图纸遗漏的步骤
• 4
  表面处理及每种方法对公差的代价
• 5
  密封、涂层与装配准备
• 6
  如何在图纸上规定后处理而不过度规定
• 7
  按塑料种类和用途选择后处理方法

加工后的塑料表面是切削过程的记录。刀具留下螺旋纹，其螺距与每转进给量对应，纹路深度取决于刀具通过时的偏摆量。在金属上这些痕迹主要是外观问题。在塑料上它们是结构性的，因为去除材料的同一次切削也在撕裂材料。

塑料在刀尖处分为两大类。ABS、PC、POM、PMMA、PA 和 PEEK 等热塑性塑料受热软化并可重新熔化，因此边缘可以重熔或抛光。热固性塑料和大多数碳纤维层压板不能重新熔化。切削这些材料造成的损伤是永久的，因此它们的后处理仅限于修边、密封和检验。

第二个变化在内部。加工从坯料一侧去除材料，剩余材料重新分布其自身冻结的应力。一根 200 mm 长的 POM 条在松开夹具后可能弯曲 0.3–0.8 mm，即使在机床上每个尺寸测量都合格。没有去毛刺工具能解决这个问题。只有应力消除可以。

因此这个说法涵盖四项不同的工作：清理几何形状、恢复表面、消除应力，以及为使用环境保护零件。它们使用不同的设备，不能互换。把它们当作报价上的一个行项目，项目最终就会得到一个光亮但仍然变形的零件。

塑料毛刺的行为与金属毛刺不同。它们通常由一层薄的材料铰链连接，而不是实心颈部，因此会折叠而不是断裂。手动去毛刺工具常常把毛刺压平贴在边缘上并把它隐藏起来。当零件被搬运或清洁时，它又会重新出现。

对于大多数热塑性塑料，用锋利的硬质合金刮刀以 20–30° 沿边缘刮削比用锉刀效果更好。刮刀剪切铰链而不是涂抹它。轻刮一遍，然后在 10× 放大下检查。如果边缘出现白色应力线，说明你切掉了支撑拐角的材料，拐角在使用中会崩裂。

软材料需要不同的方法。PP 和 HDPE 在几乎任何切削速度下都会涂抹，因此毛刺通常是卷边。用细陶瓷介质振动滚光 15–30 分钟可去除该卷边而不会使拐角变圆。对薄壁件滚光超过一小时是错误的。它会把你想保持锋利的边缘磨圆，并可能使平板件弯曲。

对于 PEEK 和玻纤增强牌号，预期是小碎屑而不是毛刺。留在螺纹孔或密封槽中的碎屑以后会损坏配合件。用 0.4–0.6 MPa 的高压空气加尼龙刷可将它们清除。不要使用钢丝刷。它会把金属碎屑嵌入塑料表面。

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  刮刀优于锉刀剪切毛刺铰链而不是把它压平。
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  滚光有极限软塑料 15–30 分钟；更长时间会使边缘变圆。
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  不用钢丝刷钢丝刷毛会把碎屑嵌入表面。
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  10× 下检查白色应力线意味着你切得太深。

每一块挤出或注塑的塑料坯料都因冷却方式而带有残余应力。加工会不均匀地释放该应力。零件从夹具上取下时是直的，在接下来的 24 到 72 小时内变形。工程师常常归咎于机床。机床做了它该做的事。

退火是解决办法。对于 POM，典型循环是缓慢升温至 140–150 °C，根据截面厚度保温 2–4 小时，然后以不超过每小时 20 °C 的速度控制冷却。PC 退火温度较低，约 120–130 °C，因为它吸湿，温度过高会发雾。PMMA 比较麻烦：它在 80–90 °C 附近退火，无支撑时会下垂。

保温时间的经验法则是每 3 mm 最厚截面一小时，最低 2 小时。一块 10 mm 厚的 PEEK 块需要在 200–250 °C 下约 3–4 小时。跳过缓慢冷却会使整个循环失效。快速冷却会重新引入你刚刚消除的应力。

并非每个零件都需要退火。一个 20 mm 的支架，长厚比 2:1 且没有严格的平面度要求，会保持良好。300 mm 长的挤出型材、薄密封面，或任何平面度公差低于 0.1 mm 的零件确实需要。如果零件将进入温度循环环境，即使图纸没有说明也要退火。

喷砂是最常见的表面处理，也是最不宽容的。0.2–0.4 MPa 的玻璃珠可产生均匀的哑光外观，但它们也会去除 5–15 μm 的材料并使每个边缘略微变圆。对于 ±0.05 mm 的特征这没问题。对于 ±0.005 mm 的密封面则不行。遮蔽这些区域或跳过喷砂。

抛光则相反。用逐级更细的抛光膏进行抛光，可将 PC 和亚克力抛到接近透明的效果，但会产生热量，而受应力零件上的热量会导致局部龟裂。表面温度保持在 60 °C 以下，并采用短行程加工。抛光后的塑料表面也比喷砂表面更容易划伤，因此不适合需要经常拿取的零件。

用丙酮或二氯甲烷等溶剂进行蒸汽抛光，可在 ABS 和亚克力上获得最光亮的效果。其原理是软化表面 20–60 秒，使其流平。风险在于尺寸：同样的软化会倒圆边缘，并可能使薄壁收缩。此外还需要通风和溶剂处理，许多车间无法接受。

激光打标和雕刻值得一提，因为最小字符高度很关键。在塑料上，1.5 mm 的字符高度是后处理后仍可辨认的实际下限。喷砂前切割的标记会变暗。喷砂后切割的标记保持清晰，但浮在表面之上，在磨蚀性使用中可能磨损。

有些塑料会吸湿并因此改变尺寸。尼龙是典型例子：PA6 零件在干燥状态和饱和状态之间可膨胀 0.5–1.0%，在 100 mm 零件上就是 0.5 mm。如果零件在干燥状态下加工，然后在潮湿空气中使用，就会装不上。要么在接近其使用含水量的状态下加工，要么规定防潮层。

切割边缘的密封在碳纤维层压板上很重要。加工边缘暴露的纤维会吸湿，并在热循环后分层。在切割边缘涂一层 20–50 μm 厚的薄环氧或聚氨酯密封涂层可防止这一点。这增加了一道工序，但比更换分层板材便宜。

对于需要粘接或包胶成型的零件，表面能很重要。POM 和 PP 表面能低，加工后粘接性差。轻度等离子处理或底涂可提高表面能，使胶粘剂能够润湿。在喷砂后进行比在喷砂前进行更好，因为喷砂会先去除弱表面层。

清洁是最后一步，也很容易做错。仅用压缩空气会在盲孔中留下细粉尘。用温和清洁剂超声清洗 3–5 分钟，然后用去离子水冲洗并暖风干燥，可将其去除。不要在 PC 或亚克力上使用溶剂，除非零件之后会退火。溶剂会使表面处于应力状态，容易开裂。

最常见的错误是把金属表面处理标注照搬到塑料零件上。在 POM 支架上标注“整体 Ra 0.8 μm”要么被忽略，要么使成本翻倍。塑料表面处理按方法描述，而不是按单一 Ra 数值描述，因为同一方法在不同聚合物上会得到不同结果。

可行的标注要明确位置和原因。“喷砂，0.3 MPa 玻璃珠，仅外表面；遮蔽 Ø12 mm 内孔和密封面”告诉车间要保护什么。“观察窗抛光至光学透明”告诉车间要达到什么。两者都不会强制采用会损坏功能特征的整件工艺。

将退火与精加工分开标注，并且只有在你了解材料牌号时才给出温度、保温时间和冷却速率。如果不了解，就说明要求：“退火以消除加工应力；零件必须在加工后 48 小时保持 0.05 mm 平面度。”这样车间可以选择有把握的循环。

最后，确定零件实际需要做什么。用于配合检查的原型只需要去毛刺，别的都不需要。医疗设备中的生产零件可能需要退火、超声清洗和检验文档。两者之间的差距以天和美元计，并且在图纸阶段就已确定，而不是在车间现场。