佛山有机玻璃加工

摘要 有机玻璃的线膨胀系数大，成型、加工内应力大，强度低、弹性变形大。本文主要对精度要求高的环形有机玻璃零件，在环境温度不稳定情况下的加工方法进行探讨。重点介绍2点：1、利用热处理消除有机玻璃的内应力；2、利用实测的代用线膨胀系数控制有机玻璃加工尺寸。
关键词 有机玻璃 人工时效 线膨胀量
前言 本文以5MeV激光开关中的有机玻璃外筒加工为例，对有机玻璃环件加工方法进行探讨。零件如图1所示，生产数量为14件。
图1 外筒
1 首件加工工艺出现的问题
在首件加工中，没经过时效去应力处理,粗车后直接精车，加工环境温度为9℃，检验环境温度为20℃。我们利用有机玻璃线膨胀系数130×10-6/℃预先计算出工件的线膨胀量，精车后，移至20℃环境中恒温3小时，再检测尺寸。发现工件内外径总不能达到预期结果，比预期的尺寸小0.15～0.22不等；且圆度误差达到了0.32。照此加工无法达到图纸要求。
2 加工工艺处理措施
首件加工后，通过理论分并结合实践，我认为可以尝试：1、利用热处理消除有机玻璃的内应力；2、利用实测的代用线膨胀系数控制有机玻璃加工尺寸。
（1）、利用热处理消除有机玻璃的内应力。
材料分析：材料为δ90×500×500有机玻璃板料，为****大分子有机板材，塑性变形温度84℃。其成材是通过热塑定向碾压、冷却、切割成形，晶向组织为单向流线型，单向内应力较大，加工后单向变形也较大。
因此从理论上讲，粗车后进行人工时效处理可以减小变形。同样，在进行粗车时，应尽量**人工时效时工件部分处于自然状态少受约束力。精车时夹持工艺夹头，避免工件受径向夹持力变形。粗车后进行人工时效处理，根据其塑性变形温度84℃，通过实验我们确定时效温度为70℃～75℃，保温2小时以上，然后随炉缓慢冷却，可消除材料中原有单向内应力及加工应力，**加工精度。经时效处理、加工后圆度误差降为0.02，说明时效处理**。
过去加工这类产品，为**其平行度、垂直度、内外圆的同轴度及圆度精度都是上花盘多次内外倒压板加工内外圆，这样劳动度大且很费时间。由于有机玻璃材料强度低、弹性变形大，松开压板工件回弹量大，且回弹速度慢，从而造成加工精度稳定性不好。现在我们上车床都是一次加工成型，工作量比以前降低了一倍以上，且加工精度稳定性好。
（2）利用实测的代用线膨胀系数控制有机玻璃加工尺寸。有机玻璃材料的线膨胀系数大，工件尺寸随温度变化较大，加工中较难控制加工尺寸。加工有机玻璃时，控制工件尺寸的通用公式为：
D=D加+△理消除有机玻璃的内应力
△=D加&**;（T验-T工）
式中： D&**sh;&**sh;工件控制尺寸，mm；
D加&**sh;&**sh;工件在机床上加工时尺寸，mm；
△&**sh;&**sh;工件尺寸在温度变化后的线膨胀量，mm；
&**;&**sh;&**sh;工件材料的线膨胀系数，/℃；
T验&**sh;&**sh;工件验收时温度，℃；
T工&**sh;&**sh;工件加工时温度，℃。
加工中为预先计算确定出工件的线膨胀量，我们必须确定工件在加工时的温度T工，但实际工作中又无法测量工件在加工中的温度，而只能用加工环境温度近似代替工件在加工时的温度。因此加工中也就无法直接应用有机玻璃的理论线膨胀系数130×10-6/℃，去确定工件尺寸随温度变化后的线膨胀量，而控制工件的加工尺寸。为此，我们通过6次实验，每次将加工完的工件移至恒温环境保温3小时后再检测尺寸，测出每次加工环境与检验环境温差的代用线膨胀系数，其检测计算公式为：
&**;代=
式中： &**;代&**sh;&**sh;工件材料的代用线膨胀系数，/℃；
△ &**sh;&**sh;工件尺寸在温度变化后的线膨胀量，mm；
D加&**sh;&**sh;工件在机床上加工时尺寸，mm；
T验环&**sh;&**sh;工件验收时环境温度，℃；
T加环&**sh;&**sh;工件加工时环境温度，℃。
检测计算值如下表。终我们近似确定加工使用的代用线膨胀系数为90×10-6/℃，但这一代用线膨胀系数与当时环境温度关系很大，并与所用材料有关，不能通用，每次加工都应根据实际情况通过实验确定。
测量线膨胀系数表
序号 加工温 度 加工测量值（mm） 恒 温 恒温测量值（mm） 温 差 线膨胀量
（mm） 线膨胀系数
（/℃） 平均线膨胀系数（/℃）

1
10℃ Φ外=442.8
17℃ Φ外=443.1
7℃ Φ外胀0.30 96.8×10-6
90.5×10-6
Φ内=377.75 Φ内=377.95 Φ内胀0.20 75.6×10-6
H=86.41 H=86.475 H胀0.06 99.2×10-6

2
9.5℃ Φ外=439.53
19℃ Φ外=439.85
8.5℃ Φ外胀0.32 85.8×10-6
85.2×10-6
Φ内=379.72 Φ内=380.00 Φ内胀0.28 86.8×10-6
H=84.94 H=85.00 H胀0.06 83.1×10-6

3
9.5℃ Φ外=439.50
19℃ Φ外=439.85
9.5℃ Φ外胀0.35 83.8×10-6
85.0×10-6
Φ内=378.86 Φ内=379.17 Φ内胀0.31 86.1×10-6


4
11℃ Φ外=439.49
19℃ Φ外=439.82
8℃ Φ外胀0.33 93.9×10-6
96.3×10-6
Φ内=379.80 Φ内=380.10 Φ内胀0.30 98.7×10-6


5
10℃ Φ外=441.90
20℃ Φ外=442.25
10℃ Φ外胀0.35 79.2×10-6
85.7×10-6
Φ内=377.26 Φ内=377.62 Φ内胀0.36 95.4×10-6
H=84.94 H=85.01 H胀0.07 82.4×10-6

6
12℃ Φ外=439.52
20℃ Φ外=439.86
7℃ Φ外胀0.34 96.7×10-6
94.6×10-6
Φ内=379.76 Φ内=380.06 Φ内胀0.30 98.7×10-6
H=84.945 H=85.005 H胀0.06 88.3×10-6
终平均线膨胀系数（/℃） 89.6×10-6
3 结论
外套没经时效处理的加工后圆度误差为0.32，经过时效处理的加工后圆度误差为0.02。直接应用有机玻璃的理论线膨胀系数130×10-6/℃控制工件的加工尺寸，工件内外径误差为0.15～0.22不等；用代用线膨胀系数为90×10-6/℃控制工件的加工尺寸时，工件尺寸全部达到尺寸要求。
因此在实际生产中，在有机玻璃加工中使用人工时效处理去应力、用代用线膨胀系数控制工件的加工尺寸是切实可行的。

佛山市南海佰壹有机玻璃制品厂

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