李紅亮

【摘 要】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。本文從航空有機(jī)玻璃加工工藝入手，通過分析不同鉆孔工藝條件下孔的龜裂率、表面粗糙度以及位置偏差3類數(shù)據(jù)，研究影響制孔合格率的因素，并通過仿真找出數(shù)據(jù)差異原因，以尋求有機(jī)玻璃鉆孔的最佳工藝。

【關(guān)鍵詞】有機(jī)玻璃;鉆孔;轉(zhuǎn)速;龜裂率;粗糙度;孔位偏差

1有機(jī)玻璃零件加工難點(diǎn)

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。在機(jī)械加工中，由于有機(jī)玻璃韌性差、強(qiáng)度低，切削阻抗變化激烈，易產(chǎn)生脆性破壞。玻璃表面容易產(chǎn)生龜裂、粗糙度不合格等缺陷，嚴(yán)重影響玻璃加工質(zhì)量。因此，研究有機(jī)玻璃的鉆孔工藝極為重要。雖然目前已有成熟的有機(jī)玻璃制孔工藝，但需要購(gòu)置昂貴的設(shè)備，對(duì)于一般制孔數(shù)量不多但又對(duì)制孔質(zhì)量要求極高的航空制造企業(yè)來說，研究一種利用簡(jiǎn)單工具進(jìn)行制孔的工藝極為重要。

2 制孔工藝試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在5組不同的轉(zhuǎn)速下分別試驗(yàn)3種鉆孔加工方法。組①：使用麻花鉆2.5mm鉆頭開孔，然后用8.5mm麻花鉆鉆頭擴(kuò)孔至8.5mm。組②：使用2.5mm麻花鉆開孔，用8.5mm石英打磨頭擴(kuò)孔至8.5mm。組③：使用8.5mm石英打磨頭直接開孔至8.5mm。試驗(yàn)過程中，將記錄有機(jī)玻璃加工的龜裂率（%）、表面粗糙度（μm）以及孔的位置偏差（mm）。2試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和分析

試驗(yàn)研究100r/min、200r/min、300r/min、400r/min、500r/min共5種轉(zhuǎn)速下，組①、組②、組③的龜裂率（%）、表面粗糙度（μm）以及孔的位置偏差（mm），結(jié)果如表1所示。

分析表1數(shù)據(jù)可知：在同等試驗(yàn)條件下，①組的龜裂率和粗糙度最高，②組和③組較低且基本無差別;③組的孔位偏差最大，①組和②組較小且基本無差別。因此，總體②組工藝相對(duì)較為合理。為了進(jìn)一步探究原因，該試驗(yàn)用軟件對(duì)用2.5mm鉆頭、8.5mm鉆頭以及8.5mm石英打磨頭進(jìn)行打孔條件下孔壁的受力進(jìn)行仿真，可得受力情況如圖1所示。通過分析可知，用8.5mm鉆頭鉆孔時(shí)孔壁應(yīng)力最大，完全超過了有機(jī)玻璃允許的最大應(yīng)力，也解釋了①組試驗(yàn)條件下有機(jī)玻璃龜裂率較高的原因。使用8.5mm石英打磨頭時(shí)孔壁應(yīng)力最小，而使用2.5mm鉆石時(shí)應(yīng)力也較小，但出現(xiàn)了部分應(yīng)力超差點(diǎn)，因此造成②組比③組龜裂率稍高，但二者都在可接受范圍內(nèi)。

綜上分析可知，鉆頭鉆孔能保證較好的位置度，但隨著鉆頭的增大，孔壁所受應(yīng)力隨之增大，易造成有機(jī)玻璃開裂。相對(duì)而言，石英打磨頭對(duì)孔壁產(chǎn)生的應(yīng)力很小，但難以保證初始鉆孔的孔位。因此，選用小鉆頭鉆定位孔，然后用石英打磨頭擴(kuò)孔工藝能最大地保證鉆孔質(zhì)量，即較低的龜裂率、粗糙度和較高的定位精度。

為了進(jìn)一步研究鉆頭與打磨頭轉(zhuǎn)速對(duì)開孔質(zhì)量的影響，將表1數(shù)據(jù)處理后.通過分析可知，在不同試驗(yàn)條件下，300r/min轉(zhuǎn)速條件下制孔合格率最高。在此情況下加工質(zhì)量較好。由此看出，國(guó)外資料報(bào)導(dǎo)的高轉(zhuǎn)速、大進(jìn)刀量的加工方法是不符合我國(guó)國(guó)情的。

3擴(kuò)大試驗(yàn)

主要設(shè)備：江西重型機(jī)床廠84年產(chǎn)的可自動(dòng)進(jìn)刀的ZXT820型鉆銑銳床。切削速度三檔：9.44、21.18、40.55毫米/分;

轉(zhuǎn)速22檔：112、140、180、224、280、355、450、560、740、1180、1400、1800轉(zhuǎn)/分。試驗(yàn)材料：10毫米厚的YBZ、YB3、DYB3、YB4、DYB一4五種牌號(hào)的航空有機(jī)玻璃。

根據(jù)鉆孔規(guī)范研究結(jié)果，為提高生產(chǎn)效率，改進(jìn)加工質(zhì)量，將工廠現(xiàn)行實(shí)施的先打底孔，繼而擴(kuò)孔、銑孔、銑孔改為一次性鉆孔。我們將小29的普通麻花鉆按小10的有機(jī)玻璃專用鉆頭的幾何角度刃磨后，對(duì)YB一3和DYB一3進(jìn)行鉆孔試驗(yàn)，都不分層、不崩邊，表面光潔度可達(dá)V7，加工質(zhì)量遠(yuǎn)比普通麻花鉆好得多。當(dāng)然，由于鉆頭直徑增大，要降低轉(zhuǎn)速，加工參數(shù)應(yīng)定為：轉(zhuǎn)速24`38轉(zhuǎn)/分（注：小10鉆頭為450轉(zhuǎn)/分），切削速度仍為21.18～40.58毫米/分，加工質(zhì)量較好。

4結(jié)語

由以上試驗(yàn)可得，鉆頭與打磨頭轉(zhuǎn)速保持在300r/min左右，采用小鉆頭開孔，再用石英打磨頭擴(kuò)孔的工藝進(jìn)行制孔，孔壁所受應(yīng)力小，龜裂率低，孔位偏差小，表面粗糙度最高。因此鉆孔加工工藝參數(shù)必須根據(jù)孔徑大小加以選擇。一般說來，轉(zhuǎn)速越高，切削溫度越高;在同一轉(zhuǎn)速下，切削溫度隨著進(jìn)刀速度的加大而降低。加工參數(shù)選擇是否合理，可用檢聾外觀質(zhì)量、測(cè)量切削溫度、表面粗糙度、光程差、抗容劑銀紋時(shí)間等方法來評(píng)定。該結(jié)論對(duì)航空制造企業(yè)有機(jī)玻璃制孔工作具有指導(dǎo)意義，有助于提升國(guó)內(nèi)航空制造水平。

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（作者單位：石家莊海山實(shí)業(yè)發(fā)展總公司）