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西安有機(jī)玻璃
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西安有機(jī)玻璃零件的數(shù)控加工

2019-10-16 09:19:09

一、有機(jī)玻璃零件加工難點(diǎn)

有機(jī)玻璃學(xué)名為聚甲基丙烯酸甲酯,具有較好的透光性和化學(xué)穩(wěn)定性,耐酸堿,且尺寸穩(wěn)定、易于成形,所以在航空航天、化工和醫(yī)療等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中,有機(jī)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(jìn)行機(jī)械加工。但西安有機(jī)玻璃加工材料與金屬材料的機(jī)械性能有較大差異,其質(zhì)地較脆,具有缺口敏感性,在應(yīng)力作用下易開(kāi)裂。

有機(jī)玻璃加工


零件量杯是典型的有機(jī)玻璃零件,且為中空薄壁結(jié)構(gòu)。其尺寸精度要求較高,技術(shù)要求加工后保持材質(zhì)原有透光度,滿足測(cè)量量程的需求。該零件采用數(shù)控車(chē)床進(jìn)行加工時(shí)雖易于成形,但工藝參數(shù)和工序選擇不當(dāng)時(shí),極易出現(xiàn)裂紋等缺陷,致使零件報(bào)廢。另外,其表面處理方法的選擇尤為關(guān)鍵,操作不當(dāng)時(shí),表面呈撕裂狀,容易“擦毛”,失去有機(jī)玻璃原有的透明性,無(wú)法滿足技術(shù)要求。

二、零件加工的影響因素分析

1)切削熱對(duì)有機(jī)玻璃加工的影響較大,主要表現(xiàn)在以下兩方面:①由于有機(jī)玻璃的導(dǎo)熱性很差,導(dǎo)熱系數(shù)僅為普通金屬材料的1/450~1/175,所以切削加工中產(chǎn)生的切削熱無(wú)法快速地散發(fā),熱量積累在刀具與工件的接觸部位,導(dǎo)致刀具磨損加劇。同時(shí)有機(jī)玻璃的熱膨脹系數(shù)比一般金屬要大1.5~2倍,玻璃化溫度大致為100℃左右,過(guò)高的切削熱使有機(jī)玻璃體積發(fā)生變化和玻璃化,使加工精度下降,無(wú)法達(dá)到加工要求。同時(shí)有機(jī)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(jìn)一步升高,形成惡性循環(huán)。②由于有機(jī)玻璃的熔點(diǎn)較低,只有160~200℃,屬于熱塑性材料。切削加工中過(guò)高的切削熱極易使加工表面產(chǎn)生熔結(jié)現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為零件加工內(nèi)孔時(shí),散熱條件較差,表面容易“擦毛”,呈現(xiàn)出細(xì)小的撕裂紋,誤以為加工時(shí)材料質(zhì)脆導(dǎo)致的細(xì)小裂紋或材料本身的內(nèi)部缺陷,但透光或滲水檢查時(shí),均無(wú)泄露,零件的透明度無(wú)法達(dá)到技術(shù)要求,加工成形后工件表面發(fā)污,遠(yuǎn)沒(méi)有零件材質(zhì)本身的質(zhì)感。

2)加工參數(shù)對(duì)有機(jī)玻璃加工的影響。有機(jī)玻璃常溫下屬于硬而脆的材料,而該零件具有薄壁結(jié)構(gòu),切削加工過(guò)程中,因切削參數(shù)選擇不當(dāng)導(dǎo)致切削力不穩(wěn)定,從而導(dǎo)致零件產(chǎn)生裂紋,甚至崩裂。

3)機(jī)玻璃切削加工后表面粗糙度較差。因?yàn)橛袡C(jī)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(shù)要求,需采用特殊拋光材料及工藝才能實(shí)現(xiàn)。

三、原工工藝的不足

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(nèi)孔。

按該工步進(jìn)加工時(shí),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(jìn)給量為0.08~0.30mm/r。但是有兩個(gè)不足之處:①加工內(nèi)孔時(shí),發(fā)現(xiàn)不論如何調(diào)整鉆孔時(shí)的進(jìn)給量,且保證充足的冷卻時(shí),外圓表面均不同程度地呈現(xiàn)出毛邊,嘗試拋光后,表面發(fā)污,無(wú)法滿足技術(shù)要求中的透明度。經(jīng)分析,該零件內(nèi)孔深達(dá)135mm,加工內(nèi)孔時(shí),受切削條件的限制,切削熱無(wú)法快速散發(fā),即使保證充足的切削液,還是無(wú)法形成有效的流動(dòng)循環(huán),造成切削熱積累,加上材料本身的特性,其質(zhì)地較脆,屬熱塑性塑料,遇熱后即軟化,遇冷后又凝固堅(jiān)硬,最終切削溫度控制不當(dāng)導(dǎo)致局部區(qū)域軟化變形和脆裂,造成外表粗糙,無(wú)法再次處理。②外圓成形后加工內(nèi)孔的另一個(gè)弊端,是因切削深度過(guò)大,切削力過(guò)大。而此時(shí)的零件外圓已加工完畢,加工內(nèi)孔形成薄壁結(jié)構(gòu)時(shí),無(wú)法承受過(guò)大的切削力而容易導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋或崩裂。

四、改進(jìn)后的工工藝

為了保證零件的尺寸精度、表面粗糙度及技術(shù)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(nèi)孔,為避免材料本身的彈性回彈,控制鉆削進(jìn)給量為0.05~0.08mm,同時(shí)嚴(yán)格控制切削液澆注的速率和跟隨性,確保鉆孔加工時(shí)切削溫度的一致性。內(nèi)孔加工完畢后,使用止口定位輔助工裝,如圖2所示,利用頂尖頂住止口定位工裝的輔助中心孔,保證外圓加工時(shí)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。

加工工序后,發(fā)現(xiàn)零件表面不存在細(xì)微脆裂紋,且無(wú)因切削溫度控制不當(dāng)造成軟化變形、材料涂抹混亂現(xiàn)象,但表面發(fā)污,無(wú)透光感,沒(méi)有有機(jī)玻璃原有的透明度,無(wú)法滿足零件的技術(shù)要求,還需要進(jìn)一步進(jìn)行拋光處理。

五、零件拋光工

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(wú)法實(shí)現(xiàn)透明度的技術(shù)要求。經(jīng)過(guò)幾種研磨材料對(duì)比后,最終采用軟綢布混涂牙膏的拋光方式,因零件內(nèi)孔孔徑小,將家中使用的竹筷從中間劈開(kāi),纏繞軟綢布,將牙膏和水按一定比例混合調(diào)勻后作為研磨劑,調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)能?chē)速,沿徑向均勻延伸至內(nèi)孔端面,加工后表面無(wú)車(chē)削加工痕跡,晶瑩剔透,實(shí)現(xiàn)了零件的透明度需求。


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