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有機玻璃零件的數(shù)控加工

2020-10-29 21:30:16

一、有機玻璃零件加工難點

有機玻璃學(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。在實際生產(chǎn)應(yīng)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(zhì)地較脆,具有缺口敏感性,在應(yīng)力作用下易開裂。

圖1所示零件量杯是典型的有機玻璃零件,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,滿足測量量程的需求。該零件采用數(shù)控車床進行加工時雖易于成形,但工藝參數(shù)和工序選擇不當(dāng)時,極易出現(xiàn)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(guān)鍵,操作不當(dāng)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(shù)要求。

有機玻璃加工

二、零件加工的影響因素分析

有機玻璃學(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。在實際生產(chǎn)應(yīng)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(zhì)地較脆,具有缺口敏感性,在應(yīng)力作用下易開裂。

圖1所示零件量杯是典型的有機玻璃零件,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,滿足測量量程的需求。該零件采用數(shù)控車床進行加工時雖易于成形,但工藝參數(shù)和工序選擇不當(dāng)時,極易出現(xiàn)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(guān)鍵,操作不當(dāng)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(shù)要求。

三、原加工工藝的不足

圖1所示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(nèi)孔時,發(fā)現(xiàn)不論如何調(diào)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(xiàn)出毛邊,嘗試拋光后,表面發(fā)污,無法滿足技術(shù)要求中的透明度。經(jīng)分析,該零件內(nèi)孔深達135mm,加工內(nèi)孔時,受切削條件的限制,切削熱無法快速散發(fā),即使保證充足的切削液,還是無法形成有效的流動循環(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,無法再次處理。②外圓成形后加工內(nèi)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(nèi)孔形成薄壁結(jié)構(gòu)時,無法承受過大的切削力而容易導(dǎo)致出現(xiàn)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(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,控制鉆削進給量為0.05~0.08mm,同時嚴(yán)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(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(fā)現(xiàn)零件表面不存在細(xì)微脆裂紋,且無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,無透光感,沒有有機玻璃原有的透明度,無法滿足零件的技術(shù)要求,還需要進一步進行拋光處理。

西安有機玻璃

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(xiàn)透明度的技術(shù)要求。經(jīng)過幾種研磨材料對比后,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,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)能囁?,沿徑向均勻延伸至?nèi)孔端面,加工后表面無車削加工痕跡,晶瑩剔透,實現(xiàn)了零件的透明度需求。完成的零件如圖2所示。


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