一、有機玻璃零件加工難點

有機玻璃學名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、化工和醫療等領域都有廣泛應用。在實際生產應用中，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。

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，極易出現裂紋等缺陷，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。

圖1

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，導熱系數僅為普通金屬材料的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極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

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1800～2000r/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，最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。

圖2

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，最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。完成的零件如圖2所示。

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