CNC 聚碳酸酯 PC：材料在机床上的表现

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  聚碳酸酯在刀具下的表现
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  CNC 聚碳酸酯 PC 的进给、转速与刀具
• 3
  加工后的 PC 零件为何会变形
• 4
  可预期的公差与表面粗糙度
• 5
  CNC 聚碳酸酯 PC 何时优于其他塑料
• 6
  聚碳酸酯与相近可加工塑料的对比

聚碳酸酯是一种非晶态热塑性塑料，聚合物链中含有碳酸酯基团。这些庞大的基团阻止分子链排列成晶格，因此材料保持玻璃态和透明，而不会变乳白。实际表现就是缺口冲击强度高、刚性良好，在持续载荷下蠕变很低。这也意味着它没有明确的熔点。树脂逐渐软化，这正是它在刀尖处表现如此的原因。

切削会产生热量。由于 PC 没有晶相来吸收这些热量，切屑保持柔软，容易重新焊接到已加工表面。这种涂抹是 CNC 聚碳酸酯 PC 加工中最常见的缺陷。锋利、抛光的双刃刀具以 8,000–16,000 rpm 运行，可保持切屑薄并及时带走热量，避免表面达到软化温度范围。钝刀则相反，会留下撕裂、发白的壁面。

该材料还对缺口敏感。尖锐的内角会集中应力，可能在零件发货数周后开裂，尤其是在压配合孔附近。设计内角半径至少 0.5 mm，若零件承受反复载荷则取 1 mm。粗牙螺纹更耐用；薄壁上的细牙螺纹容易滑牙。

水分的影响比多数车间承认的更大。PC 会从空气中吸收水分，潮湿的毛坯加工后会出现气泡、条纹和暗斑。首次切削前应干燥毛坯，并在工序间保持干燥。

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  非晶态，无熔点逐渐软化，因此热控制决定表面质量。
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  缺口敏感内圆角尺寸按载荷确定，而非按刀角确定。
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  吸湿性干燥毛坯，否则接受气泡和发白。
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  低蠕变在长期静载下比许多塑料更能保持尺寸。

塑料加工的常规规则是高主轴转速和高每齿进给，聚碳酸酯也遵循这一规则，但窗口比 POM 或 ABS 更窄。精加工切削速度约为 200–500 m/min，粗加工为 100–250 m/min。双刃刀具的每齿切屑载荷为 0.05–0.15 mm。低于此值刀具会摩擦；刃口发热、切屑焊接，表面变乳白。

粗加工应以较小的轴向切深去除材料。0.5–1.5 mm 切深配合 40–60% 步距，可保持刀具啮合、分散热量。用平底立铣刀直接垂直下刀是加工 PC 的坏习惯；应以 2–3° 斜线下刀。顺铣在精加工时能获得更干净的壁面。

冷却是各车间的差异所在。使用清洁水溶性切削液的浇注冷却能很好地带走热量，并防止切屑反复循环，但零件必须干燥，且切削液必须与 PC 兼容。许多车间采用高压空气干切，在简单几何形状上效果良好。仅用压缩空气在深腔中可能失效，因为切屑会堆积并摩擦。

精加工刀具应为无涂层硬质合金或抛光刀具。类金刚石涂层在长批次加工中有帮助，但涂层剥落会在表面留下硬质颗粒。保持刃数少。两刃给切屑留出排出空间；深腔用四刃容易导致切屑焊接。

钻孔和攻丝遵循同样的逻辑。使用 118° 或 90° 顶角钻头，进给缓慢，深孔采用啄钻排屑。攻丝时，厚壁用挤压丝锥，薄壁用切削丝锥。每个孔入口加一个小倒角，以免螺纹顶起表面。

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  粗加工0.5–1.5 mm 切深，40–60% 步距，斜线下刀。
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  精加工200–500 m/min，每齿 0.05–0.15 mm，两刃。
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  冷却浇注冷却或高压空气；干空气在深腔中失效。
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  孔啄钻，入口倒角，螺纹用粗牙。

挤出 PC 板材和棒材在制造过程中带有内应力。当从一侧去除材料时，这种平衡被打破，零件会弯曲。一块 10 mm 板单面铣到 4 mm，在 200 mm 长度上可能变形 0.1–0.3 mm。这远大于我们在金属上保持的 ±0.005 mm 公差，再高的机床精度也无法修正。

解决办法是工序顺序。粗加工两面，留 0.5–1 mm 余量，然后退火再精加工。PC 退火是指缓慢加热到低于其软化温度范围的温度，并缓慢冷却，使内外温度接近。受控烘箱循环是唯一可靠的方法；热风枪不行。退火后，进行精加工切削，零件就能保持平整。

装夹压力是第二个变形来源。PC 比铝软，台钳钳口会咬入表面留下压痕，夹得过紧还会在刀具接触前就把薄板压弯。用按零件轮廓加工的软爪，平板件用真空夹具。底面要全区域支撑，不能只垫两点。

薄壁要单独讨论。壁厚低于约 1.5 mm 时，刀具会把壁推开而不是切削，结果就是颤振和波浪面。如果设计需要薄加强筋或卡扣臂，放到最后加工，用小刀具配短刃长，接受较低的进给。

透明件还多一层约束：每一道刀痕都看得见。对透明盖板来说，抛光刀具、干净的切削液流和稳定的进给比隐藏的支架更重要。如果零件必须保持光学透明，把蒸汽抛光或细喷砂列为后处理工序，并预留额外搬运成本。

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  粗加工后退火留 0.5–1 mm 余量，去应力，再精加工。
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  软爪或真空避免钳口压痕和薄板翘曲。
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  薄壁低于 1.5 mm 会有颤振；加强筋最后切。
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  透明件刀痕可见；把抛光排进工艺。

我们车间加工的金属能保持 ±0.005 mm。聚碳酸酯做不到，按这个报价值得商榷。PC 的热膨胀约为每 °C 65–70 × 10⁻⁶，大约是钢的十倍。100 mm 的 PC 零件温度变化 10 °C，长度约变 0.07 mm。在没有温控的车间里，仅这一项就超过金属的紧公差。

加工 PC 的现实公差带是：20 °C 下测量稳定特征 ±0.05 mm，带长悬空段的零件 ±0.1 mm。要压入嵌件的孔需先试装检查，因为在铝上合适的过盈量会把 PC 凸台撑裂。设计时配合略松一些，并加倒角。

表面粗糙度是 PC 回报好工艺的地方。加工面可达 Ra 1.6–3.2 μm。用抛光刀具仔细走一刀精加工可达 Ra 0.8–1.6 μm，多数盖板和镜头壳体零件需要的就是这个水平。加工面低于 Ra 0.8 μm 在平面几何上可行，但不能作为通用承诺；抛光通常更便宜。

测量也值得说明。接触式测头和千分尺测砧会施加压力，PC 会变形。用低测力量具，在受控温度下测量，并记录时间。切削后一分钟和一天后测同一零件，读数会不同，因为零件还在稳定。

零件既要透明又要尺寸紧时，把工序拆开。先加工到 ±0.05 mm、Ra 0.8–1.6 μm，再抛光。想靠刀具一次同时达到两者，只会推高成本和报废率，而应用往往并不需要。

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  实用公差带20 °C 下稳定特征 ±0.05 mm。
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  长跨距放宽到 ±0.1 mm，并加支撑筋。
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  表面抛光刀具可达 Ra 0.8–1.6 μm；更低需抛光。
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  测量受控温度下用低测力测量。

零件需要抗冲击、透明或长期静载下的尺寸稳定性时选 PC。机床防护罩、电气壳体、镜头壳体、歧管块、工装夹具都符合这个模式。材料能吸收掉落的工具而不开裂，螺栓连接下也能保持形状。

零件在尖角处反复受弯，或会接触某些溶剂时，不要选 PC。聚碳酸酯在某些清洗剂、燃料和液压油中会应力开裂。受应力的尖角（注塑或机加工形成）加上错误的液体，是典型的现场失效。如果零件要定期擦拭，先确认化学品清单。

定材料前先和邻近选项比较。POM 更刚、更易加工、公差更紧，但不透明，缺口冲击强度更低。PMMA 更透明、抛光更便宜，但脆，边缘易崩。PEEK 耐更高温度和强化学品，材料成本是数倍。

没有唯一的赢家。会被磕碰的透明盖板用 PC。干运转的精密齿轮用 POM。150 °C 下工作的零件用 PEEK。先把使用条件写下来，再据此匹配聚合物。

• 1
  选 PC冲击、透明、低蠕变、中等温度。
• 2
  避开 PC循环载荷下的尖角、溶剂接触。
• 3
  POM 替代刚度和公差更好，不透明，冲击较差。
• 4
  PEEK 替代耐温耐化学更好，成本更高。