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              有機玻璃零件的數控加工

              有機玻璃學M為聚甲基丙烯酸甲酯,具有較好的透光性和化學穩定性,耐酸堿,且尺寸穩定、易于成形,所以在航空航天、化工和醫療等L域都有廣泛應用。在實際應用中,有機玻璃制品零件大多可以直接澆鑄成型,但有些形狀特殊、尺寸精度和表面粗糙度要求較高的零件,往往需要進行機械加工。但有機玻璃材料與金屬材料的機械性能有較大差異,其質地較脆,具有缺口敏感性,在應力作用下易開裂。

              零件量杯是典型的有機玻璃零件,且為中空薄壁結構。其尺寸精度要求較高,技術要求加工后保持材質原有透光度,滿足測量量程的需求。該零件采用數控車床進行加工時雖易于成形,但工藝參數和工序選擇不當時,J易出現裂紋等缺陷,致使零件報廢。另外,其表面處理方法的選擇尤為關鍵,操作不當時,表面呈撕裂狀,容易“擦毛”,失去有機玻璃原有的透明性,無法滿足技術要求。

              二、零件加工的影響因素分析

              (1)切削熱對有機玻璃加工的影響較大,主要表現在以下兩方面:①由于有機玻璃的導熱性很差,導熱系數***為普通金屬材料的1/450~1/175,所以切削加工中產生的切削熱無法快速地散發,熱量積累在刀具與工件的接觸部位,導致刀具磨損加劇。同時有機玻璃的熱膨脹系數比一般金屬要大1.5~2倍,玻璃化溫度大致為100℃左右,過高的切削熱使有機玻璃體積發生變化和玻璃化,使加工精度下降,無法達到加工要求。同時有機玻璃的體積膨脹又加劇了刀具與工件的摩擦,引起切削熱進一步升高,形成惡性循環。②由于有機玻璃的熔點較低,只有160~200℃,屬于熱塑性材料。切削加工中過高的切削熱J易使加工表面產生熔結現象。具體表現為零件加工內孔時,散熱條件較差,表面容易“擦毛”,呈現出細小的撕裂紋,誤以為加工時材料質脆導致的細小裂紋或材料本身的內部缺陷,但透光或滲水檢查時,均無泄露,零件的透明度無法達到技術要求,加工成形后工件表面發污,遠沒有零件材質本身的質感。

              (2)加工參數對有機玻璃加工的影響。有機玻璃常溫下屬于硬而脆的材料,而該零件具有薄壁結構,切削加工過程中,因切削參數選擇不當導致切削力不穩定,從而導致零件產生裂紋,甚至崩裂。

              (3)有機玻璃切削加工后表面粗糙度較差。因為有機玻璃的硬度較小,切削加工后的表面粗糙度較差。切削加工后的零件為了保證技術要求,需采用特殊拋光材料及工藝才能實現。

              三、原加工工藝的不足

              零部件正常加工工步為:一次裝夾加工外圓,掉頭裝夾偏端面,加工止口槽及內孔。

              按該工步進行加工時,外圓的尺寸精度及表面粗糙度易保證,可以選擇較高的切削速度,為1 800~2 000r/min,且進給量為0.08~0.30mm/r。但是有兩個不足之處:①加工內孔時,發現不論如何調整鉆孔時的進給量,且保證充足的冷卻時,外圓表面均不同程度地呈現出毛邊,嘗試拋光后,表面發污,無法滿足技術要求中的透明度。經分析,該零件內孔深達135mm,加工內孔時,受切削條件的限制,切削熱無法快速散發,即使保證充足的切削液,還是無法形成有效的流動循環,造成切削熱積累,加上材料本身的特性,其質地較脆,屬熱塑性塑料,遇熱后即軟化,遇冷后又凝固堅硬,終切削溫度控制不當導致局部區域軟化變形和脆裂,造成外表粗糙,無法再次處理。②外圓成形后加工內孔的另一個弊端,是因切削深度過大,切削力過大。而此時的零件外圓已加工完畢,加工內孔形成薄壁結構時,無法承受過大的切削力而容易導致出現裂紋或崩裂。

              四、改進后的加工工藝

              為了保證零件的尺寸精度、表面粗糙度及技術要求,提高零件的加工合格率,嘗試著在加工零件端面和端面止口槽后,先加工內孔,為避免材料本身的彈性回彈,控制鉆削進給量為0.05~0.08mm,同時嚴格控制切削液澆注的速率和跟隨性,確保鉆孔加工時切削溫度的一致性。內孔加工完畢后,使用止口定位輔助工裝,如圖2所示,利用D尖D住止口定位工裝的輔助中芯孔,保證外圓加工時的軸向限位。先加工軸外徑φ50mm后,利用切刀加工偏刀的避讓空間,然后直接一次加工成形φ20mm外徑尺寸,完成零件的切削加工。

              變更加工工序后,發現零件表面不存在細微脆裂紋,且無因切削溫度控制不當造成軟化變形、材料涂抹混亂現象,但表面發污,無透光感,沒有有機玻璃原有的透明度,無法滿足零件的技術要求,還需要進一步進行拋光處理。

              五、零件拋光工藝

              先將零件利用水砂紙打磨,將零件表面的加工刀紋和劃痕磨平,但表面呈霧化狀,無法實現透明度的技術要求。經過幾種研磨材料對比后,終采用軟綢布混涂牙膏的拋光方式,因零件內孔孔徑小,將家中使用的竹筷從中間劈開,纏繞軟綢布,將牙膏和水按一定比例混合調勻后作為研磨劑,調節適當的車速,沿徑向均勻延伸至內孔端面,加工后表面無車削加工痕跡,晶瑩剔透,實現了零件的透明度需求。

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