数控机床防护罩材料及其工艺.docx
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数控机床防护罩材料及其工艺
数控机床防护罩材料与工艺
——有机玻璃
我国机床现状是，消费第一、进口第一，高端失手，低端混战。
为了改变这种现态，增强国际竞争力，提高品牌价值。
应在技术上进一步完善各项性能指标的同时，更要从人机工程学角度对数控机床外观造型进行研究设计，提高人性化设计水平。
改善人-机-环境系统的协调统一的关系。
一、数控机床防护罩设计原则
数控机床防护罩的设计应遵循安全防护装置的设计原则：
1.以人文本的设计原则。
设计防护罩时，首先要考虑人的因素，确保操作者的安全。
2.安全防护罩必须安全可靠。
安全防护罩必须达到相应的安全要求，保证在规定的寿命期内强度、刚度、耐磨性、稳定性、耐腐蚀和抗疲劳性。
以保证其本身有足够的安全可靠度。
安全防护装置设计要充分考虑有可能发生的不安全状态，如误操作、以外突发事件等特殊情况。
二、数控机床防护罩的各组成部分
三、数控机床防护罩设计的选材
材料大体包括：
不锈钢、有机玻璃等
四、有机玻璃相关分析
1.有机玻璃的概述
有机玻璃是一种高分子透明化学材料，由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的。
化学名称是聚甲基丙烯酸甲酯，英文简称PMMA。
“有机玻璃”源自商品名“Oroglas”（一种PMMA板），取自“OrganicGlass”（即有机玻璃）。
但近年来将所有透明塑料如PS、PC等均统称有机玻璃内有些人认为透明的塑料板就是有机玻璃，为避免混淆和误，现在大多把PMMA板材称作压克力板，而把各种PMMA材料笼地称为压克力或亚克力,
有机玻璃是迄今为止合成透明材料中质最优异的.
2.有机玻璃的特性
①高度透明性。
有机玻璃是目前最优良的高分子透明材料，透光率达到92％，比玻璃的透光度高。
称为人造小太阳的太阳灯的灯管是石英做的，这是因为石英能完全透过紫外线。
普通玻璃只能透过0.6％的紫外线，但有机玻璃却能透过73％。
②机械强度高。
有机玻璃的相对分子质量大约为200万，是长链的高分子化合物，而且形成分子的链很柔软，因此，有机玻璃的强度比较高，抗拉伸和抗冲击的能力比普通玻璃高7～18倍。
有一种经过加热和拉伸处理过的有机玻璃，其中的分子链段排列得非常有次序，使材料的韧性有显著提高。
用钉子钉进这种有机玻璃，即使钉子穿透了，有机玻璃上也不产生裂纹。
这种有机玻璃被子弹击穿后同样不会破成碎片。
因此，拉伸处理的有机玻璃可用作防弹玻璃，也用作军用飞机上的座舱盖。
③重量轻。
有机玻璃的密度为1.18kg/dm3，同样大小的材料，其重量只有普通玻璃的一半，金属铝（属于轻金属）的43％。
④易于加工。
有机玻璃不但能用车床进行切削，钻床进行钻孔，而且能用丙酮、氯仿等粘结成各种形状的器具，也能用吹塑、注射、挤出等塑料成型的方法加工成大到飞机座舱盖，小到假牙和牙托等形形色色的制品。
3.有机玻璃市场中的规格、价格、形态
亚克力板
进口亚克力2.05×3.05m28元/kg
国产亚克力（回料）1.25×1.85/2.45m、1.22×1.82/2.44m、1.23×1.83m17元/kg
布金板、布银板1.1m×1.2m×5mm29元/kg
1.1m×1.2m×3mm35元/kg
国产亚克力（新料）1.25/1.22/1.24×1.85/2.44/2.46m（3mm-12mm透明）23元/KG
1.25/1.22/1.24×1.85/2.44/2.46m（14mm-25mm透明）24元/KG
品名型号规格产地单价（元/吨）
PMMAV052注塑级美国罗姆9800元/吨
PMMAV500挤塑级美国罗姆10000元/吨
PMMAV920注塑级美国罗姆11000元/吨
PMMA8N注塑级德国罗姆11000元/吨
PMMACM203挤出级台湾奇美9800元/吨
PMMACM205耐热级台湾奇美10000元/吨
PMMACM207通用级台湾奇美9900元/吨
PMMACM208挤出级台湾奇美10000元/吨
PMMACM211流动性级台湾奇美9800元/吨
PMMAIF850一般级韩国LG9700元/吨
PMMAIG840注塑级韩国LG9800元/吨
PMMAEH910挤压级韩国LG9800元/吨
PMMAEF940挤压级韩国LG9900元/吨
PMMATB抗静电级日本三菱10000元/吨
PMMATH高耐热级日本三菱9800元/吨
PMMAIR-H70抗冲级日本三菱9900元/吨
PMMAIR-D50抗冲级日本三菱9700元/吨
PMMA80N注塑级日本旭化成10000元/吨
PMMA980N耐热级日本旭化成11000元/吨
PMMA560F注塑级日本旭化成10000元/吨
PMMAGF1000通用级日本可乐丽9800元/吨
PMMA372-1008上海笔化17500元/吨
PMMA372-1010上海笔化21500元/吨
PMMA372-1013上海笔化18500元/吨
PMMA372-1074上海笔化18500元/吨
PMMA372-8002上海笔化23700元/吨
PMMA372-80025上海笔化17500元/吨
PMMA5N德国德固赛16200元/吨
PMMA80N日本旭化成17900元/吨
PMMACM205台湾奇美18500元/吨
PMMACM-205镇江奇美17200元/吨
PMMACM207台湾奇美18500元/吨
PMMACM211台湾奇美18500元/吨
PMMAHI835MLG化学46000元/吨
PMMAHI855MLG化学48000元/吨
PMMAHP210LG化学26000元/吨
PMMAIF850LG化学19200元/吨
PMMAIF860LG化学18200元/吨
PMMAIH830LG化学24750元/吨
PMMAIH830C型LG化学20300元/吨
PMMAIR-D70三菱丽阳40000元/吨
PMMAMF001南通丽阳17500元/吨
PMMAVH001南通丽阳18500元/吨
PMMAVH5南通丽阳25000元/吨
PMMAVR-L40三菱丽阳40000元/吨
PMMAVRM40南通丽阳40000元/吨
4.有机玻璃加工工艺
1.成型方法
（1）粘贴法：
将有机玻璃切割成一定形状后，在平面上粘贴而成。
（2）热压法：
将有机玻璃薄板加热后，在模具中中热压型。
这种造型法制成的工艺品具有形体丰满，曲线流畅，立体感强的特点，有浮雕的效果。
热压模可用木材、油泥塑形，然后用铸铅、石膏材料作阴阳模，有机玻璃加热后即可压成型。
（3）镶嵌法：
将不同色彩的有机玻璃块切割成抽需的几何图形，在底板上镶嵌拼接而成。
这种方法要求拼接严密，棱我争明，能收到色彩强烈，但又浑然一体的效果。
（4）立磨法：
将棒形有机玻璃或厚板形有机玻璃粘接后，直接在砂轮上磨制、抛光成型。
用此法制作的工艺品与某种雕塑相似，由丰富多彩的表面形状，构成别具一格的艺术形象。
（5）断磨法：
将板形有机玻璃重叠粘贴在一起，然后直接削磨断面成型。
此法制成的工艺品能得到色泽多变，浑朴自然的效果。
（6）热煨法：
将有机玻璃加工到一定形状，将有机玻璃加热，直接用手迅速窝制、捏制成型。
些法要求事先对构图有成竹，动作敏捷，一气呵成。
用此法制成的工艺品具有线条奔放，形象简洁等优点
2.加工设备
激光雕刻机，水热抛光机，吸塑机，钻石抛光机、塑料板热弯机；亚克力折弯机；激光裁板机；高精度雕刻机；刻字机
3.工艺特性
1.聚甲基丙烯酸甲酯含有极性侧甲基，具有较明显的吸湿性，吸水率一般在0.3%-0.4%，成型前必须干燥，干燥条件是80℃-85℃下干燥4-5h。
2.聚甲基丙烯酸甲酯在成型加工的温度范围内具有效明显的非牛顿流体特性，熔融粘度随剪切速率增大会明显下降，熔体粘度对温度的变化也很敏感。
因此，对于聚甲基丙烯酸甲酯的成型加工，提高成型压力和温度都可明显降低熔体粘度，取得较好的流动性。
3.聚甲基丙烯酸甲酯开始流动的温度约160℃，开始分解的温度高于270℃，具有较宽的加工温度区间。
4.聚甲基丙烯酸甲酯熔体粘度较高，冷却速率又较快，制品容易产生内应力，因此成型时对工艺条件控制要求严格，制品成型后也需要进行后处理。
5.聚甲基丙烯酸甲酯是无定形聚合物，收缩率及其变化范围都较小，一般约在0.5%-0.8%，有利于成型出尺寸精度较高的塑件。
6.聚甲基丙烯酸甲酯切削性能甚好，其型材可很容易地机加工为各种要求的尺寸。
4.加工工艺
聚甲基丙烯酸甲酯可以采用浇铸、注塑、挤出、热成型等工艺。
1.浇铸成型
浇铸成型用于成型有机玻璃板材、棒材等型材，即用本体聚合方法成型型材。
浇铸成型后的制品需要进行后处理，后处理条件是60℃下保温2h，120℃下保温2h
2.注塑成型
注塑成型采用悬浮聚合所制得的颗粒料，成型在普通的柱塞式或螺杆式注塑机上进行。
表1是聚甲基丙烯酸甲酯注塑成型的典型工艺条件。
表1聚甲基丙烯酸甲酯注塑工艺条件
工艺参数螺杆式注塑机柱塞式注塑机
料筒℃温度后部180-200180-200
中部190-230
前部180-210210-240
喷嘴温度℃180-210210-240
模具温度℃40-8040-80
注射压力MPa80-12080-130
保压压力MPa40-6040-60
螺杆转速rp.m-120-30
注塑制品也需要后处理消除内应力，处理在70-80℃热风循环干燥箱内进行，处理时间视制品厚度，一般均需4h左右。
3.挤出成型
聚甲基丙烯酸甲酯也可以采用挤出成型，用悬浮聚合生产的颗粒料制备有机玻璃板材、棒材、管材、片材等，但这样制备的型材，特别是板材，由于聚合物分子量小，力学性能、耐热性、耐溶剂性均不及浇注成型的型材，其优点是生产效率高，特别是对于管材和其它用浇注法时模具。
难以制造的型材。
挤出成型可采用单阶或双阶排气式挤出机，螺杆长径比一般在20-25。
表2是挤出成型的典型工艺条件。
表2聚甲基丙烯酸甲酯挤出成型工艺条件
工艺参数片材棒材
螺杆压缩比22
料筒℃温度后部150-180150-180
中部170-200170-200
前部170-230170-200
挤出压力MPa2．8-12．40．7-3．4
进料口温度℃50-8050-80
口模温度℃180-200170-190
5.有机玻璃当前的工业用途
有机玻璃文具礼品
办公室文具、教育用品、名片/Memo座（夹）、笔筒（座）、胶带台、一般礼品、艺术品、设计师精品、相框、奖牌（杯）、雷射雕刻、钟、钥匙圈。
有机玻璃厨具卫浴家庭用品
厨具、餐具/杯具（Tableware/Cup）、卫浴、浴缸、淋浴门、SPA、家用游泳池、托盘、糖果饼干盒、酒架、冰桶、蛋架、化妆品容器、杯垫、CD架、面纸盒、收纳盒、镜子、设计师精品。
有机玻璃建材装潢
卷门、门窗、屏风、隔间、门把、吧台、地板、扶手栏杆、护栏、展览、采光罩、遮雨（阳）棚、镜面、橱窗、景观、地标、隔音墙、防弹保护、国防、涂料、接着剂。
有机玻璃广告展示
招牌、灯箱、霓虹灯、镜面、建筑模型、展示、展示架（柜）、标示牌、衣架、标志。
有机玻璃家具灯饰
桌椅、置物柜、讲桌、家具配件、灯饰、灯饰配件。
有机玻璃交通运输制品
飞机窗、游艇面板、有机玻璃硬顶天窗、档风板、舱罩、睛雨窗、车灯、运输、标志、红绿灯、反光镜。
6.有机玻璃优缺点
优点：
具有质地坚硬，可加热塑形。
绝热绝缘，对X线、MRI检查无影响等优点，在国内外曾一度得到广泛应用。
缺点：
力学性能差，主要是脆性大，抗冲击性能差，受到第二次意外打击时，有机玻璃易破碎。
之后有学者对有机玻璃进行了改进，在其中加入了增强纤维（短碳纤维），制成了短碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯。
经测试，其抗拉弹性模量（刚性）和抗冲击强度比有机玻璃提高了2倍，硬度高，线膨胀系数常温时相当于有机玻璃在-400℃的数值。
耐介质试验在常温下350h，几乎无明显增重、增容。
板材压模复合材料中随机走向的纤维，可阻止裂纹的扩展。
具有板材薄、重量轻、有良好的抗冲击能力，不释放毒性物质.
7.有机玻璃表面涂装工艺及连接方式：
聚甲基丙烯酸甲酯、俗称有机玻璃，通常用于飞机、舰船的玻璃和灯罩等，抗划伤性能差，透明性高，耐溶剂性能差。
表面处理时，要特点注意避免使用酯类、酮类和苯类溶剂，可用乙烯类不饱和单体处理，这种单体如苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸等，将有机玻璃制品浸泡在该类液体中约3min，取出干燥后涂漆，可产生良好效果。
此外，有机玻璃在涂装时，较容易开裂，所以可以利用705℃的热风进行退火，以消除塑料加工过程中产生的应力及其所带来的开裂和溶剂腐蚀问题。
聚丙烯酸甲酯塑料要求其表面涂料具有良好的透明性、抗划伤和抗老化性能，所以常温固化丙烯酸聚氨酯涂料、有机硅涂料和聚丙烯酸酯涂料以及醇酸、硝基、乙酸丁酯纤维素涂料等。
钻孔用螺丝锁紧、有机玻璃板连接、卡焊接、溶接、粘接
有机玻璃和地面连接不锈角钢夹住，不锈钢用螺栓固定到地面上，在玻璃与不锈钢之间打胶。
8.有机玻璃的回收
纯聚甲基丙烯酸甲酯在 500 ℃时热分解可以生成 90 ％的甲基丙烯酸甲酯单体。
而废旧的聚甲基丙烯酸甲酯由于混入了其他废旧塑料，其单体收率比纯料要低 30 ％，仅达到 60 ％。
含玻璃纤维的废旧聚甲基丙烯酸甲酯在 500℃热分解时，单体收率则不到 40 ％。
提高收率的方法：
使用双螺杆式热分解装置，设定转速在 3r/min 以下，并延长炉内停留时间，这样，含玻璃纤维的聚甲基丙烯酸甲酯可以获得与纯料同样高的单体收率。
由酚醛树脂回收苯酚。
将酚醛树脂在 440 ～ 500℃的温度下进行加氢分解反应，不加催化剂时液化率为 30 ％；若用活性炭载附白金作催化剂，则液化率可达 80% 以上。
可回收率高，为日渐加强的环保意识所认同。
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