表面涂覆pmma抑制微細(xì)切削加工過(guò)程中毛刺產(chǎn)生的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種在工件表面涂覆PMMA抑制微細(xì)切削加工過(guò)程中毛刺產(chǎn)生的方法，屬于微細(xì)加工中抑制毛刺產(chǎn)生的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微細(xì)加工作為一種新型的機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，是微型零件制造領(lǐng)域非常重要的成形技術(shù)，與國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步、國(guó)防建設(shè)息息相關(guān)。產(chǎn)品的小型化成為當(dāng)前全球的一種趨勢(shì)，微小零部件在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、國(guó)防以及高科技電子產(chǎn)品等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。微細(xì)零件的表面質(zhì)量對(duì)其使用性能有著至關(guān)重要的影響，毛刺即工件已加工部位周?chē)纬傻拇虪钗锘蝻w邊直接影響表面質(zhì)量乃至產(chǎn)品的品質(zhì)。因此加工過(guò)程中應(yīng)盡量避免毛刺的產(chǎn)生，無(wú)法避免時(shí)，要有后續(xù)去毛刺的工藝，已有的去毛刺工藝，包括手工去毛刺、超聲波去毛刺、水射流去毛刺、激光去毛刺、化學(xué)去毛刺等方法，均存在著其局限性。因此，控制毛刺的產(chǎn)生具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]研究表明，微細(xì)加工中存在邊緣效應(yīng)，即當(dāng)?shù)都膺\(yùn)動(dòng)到工件邊緣時(shí)，由于邊緣材料不能支撐刀尖切削力的作用，從而使得邊界產(chǎn)生變形，刀具剪切角發(fā)生突變，產(chǎn)生負(fù)剪切區(qū)，造成塑性變形失穩(wěn)，從而在微細(xì)加工過(guò)程中更容易產(chǎn)生毛刺。
[0004]微細(xì)加工前，在加工表面涂覆犧牲層是抑制毛刺產(chǎn)生的有效方法(如圖1所示)。根據(jù)毛刺產(chǎn)生機(jī)理，涂覆的犧牲層可以為工件邊緣提供足夠的支撐強(qiáng)度，抵抗邊界的塑性變形，延伸了加工材料的邊界，把負(fù)剪切區(qū)的產(chǎn)生區(qū)域由工件材料內(nèi)部轉(zhuǎn)移到涂層材料中，使邊緣部位的切削過(guò)程像非切削區(qū)域那么穩(wěn)定，因而可大大降低毛刺的產(chǎn)生率。
[0005]目前用于微加工的涂覆材料主要是石蠟和低熔點(diǎn)合金，石蠟結(jié)合強(qiáng)度較低而且硬度較小，涂覆質(zhì)量較差；低熔點(diǎn)合金涂覆需要較高的溫度，會(huì)對(duì)工件造成熱損傷。與工件材料結(jié)合強(qiáng)度低，加工過(guò)程很容易脫落，而且加工工藝復(fù)雜，現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法做到均勻涂覆，后續(xù)去除工序須加熱處理，增加了在線(xiàn)涂覆工藝難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的應(yīng)用難題，提供了一種在工件表面涂覆PMMA犧牲層抑制微細(xì)切削加工過(guò)程中毛刺產(chǎn)生的方法。
[0007]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案:
[0008]表面涂覆PMMA抑制微細(xì)切削加工過(guò)程中毛刺產(chǎn)生的方法，包括以下步驟:
[0009](I)配制PMMA膠體:在20?35°C下，將亞克力樹(shù)脂粉(聚甲基丙烯酸甲酯)和亞克力固化劑(甲基丙烯酸異丁酯)按照質(zhì)量比為1.2?1.4:1混合均勻，反應(yīng)時(shí)間5?20min，制成PMMA膠體；
[0010](2)涂覆PMMA:把配制好的PMMA膠體涂覆在待加工工件表面；
[0011](3)加工:利用微機(jī)床加工中心加工涂覆PMMA的工件材料；
[0012](4)去除PMMA:把加工好的工件置于有機(jī)溶劑中溶解，清洗、干燥，得到被加工工件。
[0013]PMMA是聚甲基丙稀酸甲酯(PolymethylMethacrylate)的縮寫(xiě)代稱(chēng)，是甲基丙稀酸甲酯的均聚物和共聚物的統(tǒng)稱(chēng)，分子式如圖3所示。PMMA化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可切削加工性好，便于切削加工。
[0014]步驟(I)中，所述反應(yīng)溫度為25°C，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此溫度使得亞克力樹(shù)脂粉和亞克力固化劑的反應(yīng)速率最大，并且反應(yīng)更加充分。
[0015]所述亞克力固化劑為甲基丙烯酸異丁酯(分子結(jié)構(gòu)式如圖2所示)，所述甲基丙烯酸異丁酯簡(jiǎn)稱(chēng)IBMA，常溫下為無(wú)色透明液體，反應(yīng)中可以起到交聯(lián)劑的作用。
[0016]所述亞克力樹(shù)脂粉為小顆粒狀的聚甲基丙烯酸甲酯，粒度為100 μπι以下，分子量15萬(wàn)Mw?16萬(wàn)Mw。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析，粒度在100 μm以下、分子量15萬(wàn)Mw?16萬(wàn)Mw時(shí)，與固化劑的反應(yīng)更加充分，得到的PMMA膠體的可削加工性最好。
[0017]所述亞克力樹(shù)脂粉和亞克力固化劑混合，緩慢攪勻，在20?35°C下發(fā)生固化反應(yīng)，亞克力固化劑作為交聯(lián)劑，可以與小分子量的亞克力樹(shù)脂粉發(fā)生偶聯(lián)，從而相互鍵合交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子。反應(yīng)過(guò)程中，呈現(xiàn)出膠體狀態(tài)，對(duì)于加工材料具有一定的粘性；二者的配比，對(duì)于固化反應(yīng)有著較大的影響，二者配制重量比1.2:1時(shí)，可以充分反應(yīng)，效果最佳，若固化劑置入量較多，會(huì)使材料產(chǎn)生小氣泡，影響生成材料的性質(zhì)；若固化劑置入量較少，則反應(yīng)不充分，而且反應(yīng)速度較慢。
[0018]此外，在固化反應(yīng)中，還添加一些所需改性劑，可使涂層更好滿(mǎn)足加工的需求，改性劑為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的改性劑，比如，加入增韌劑，可以減少對(duì)刀具的沖擊。
[0019]步驟(2)中，作為較佳的一種實(shí)施方式，涂覆時(shí)采用涂覆裝置進(jìn)行涂覆，所述涂覆裝置為一種用于微型復(fù)雜零件在線(xiàn)涂覆清洗裝置，申請(qǐng)?zhí)枮?01510009583.9的中國(guó)專(zhuān)利中的裝置(【具體實(shí)施方式】中的裝置)，實(shí)現(xiàn)均勻涂覆。根據(jù)工藝要求，無(wú)需拆卸工件，利用其流體特性實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)自動(dòng)涂覆。
[0020]涂覆厚度和加工材料以及使用刀具等實(shí)際工況有關(guān)系，涂覆PMMA的厚度為0.5?5mm。若涂覆厚度較小，則在涂覆工藝上，實(shí)現(xiàn)均勻涂覆(若涂覆不均勻，會(huì)增加刀具的振動(dòng)，影響刀具壽命和工件加工表面質(zhì)量)，有著較大的工藝難度；若涂覆厚度較大，則會(huì)增加切削難度。
[0021]反應(yīng)凝固后，可以在PMMA和金屬或非金屬工件材料表面，形成一層足夠強(qiáng)度的邊界層，可保證涂層在微加工過(guò)程中不致脫落。
[0022]步驟(4)中，所述有機(jī)溶劑是四氫呋喃(TNF，結(jié)構(gòu)式如圖4所示)、丙酮、氯仿或甲苯等。
[0023]作為較佳的一種實(shí)施方式，在使用有機(jī)溶劑溶解的過(guò)程中，采用超聲輔助或者升溫加快溶解速度。有機(jī)溶劑溶解10?15min，擦拭涂層表面，去除大塊涂層，再把工件置于有機(jī)溶劑腐蝕20?25min，隨后把工件放在水中沖洗，低溫下烘干，得到被加工工件。
[0024]涂覆層材料選取以及涂覆層支撐強(qiáng)度是影響涂覆質(zhì)量的重要因素。首先，涂覆材料需要與工件材料具有一定的吸附力，可以在加工時(shí)不致產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致失效。兩者在高溫下不能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，以防止對(duì)工件表面造成污染，并且加工后便于清除，不能殘留在工件表面。其次，涂覆層的支撐強(qiáng)度受涂覆材料以及涂覆厚度影響，若涂覆層涂覆強(qiáng)度過(guò)高，會(huì)增加刀具的磨損，影響刀具的使用壽命；若涂覆強(qiáng)度過(guò)低，則抑制毛刺產(chǎn)生的效果不明顯。此外，涂覆層厚度是影響涂覆工藝的重要因素，若涂覆厚度較小，則在涂覆工藝上，實(shí)現(xiàn)均勻涂覆(若涂覆不均勻，會(huì)增加刀具的振動(dòng)，影響刀具壽命和工件加工表面質(zhì)量)，有著較大的工藝難度；若涂覆厚度較大，則會(huì)增加切削難度。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:
[0026]利用PMMA涂層的優(yōu)勢(shì)，可以在制備過(guò)程中，利用亞克力樹(shù)脂粉和