一批 Φ80 的 PP 棒车成的垫套,加工完检验合格,尺寸都在公差里,入库两个月后取出来装配,发现有几件从内孔向外裂了一条缝。没上过机、没接触介质、没受过力,就在货架上自己裂的。这是残余应力在慢慢释放。
应力从三个地方来
第一是棒材本身。挤出成型之后冷却,外层先固化定型,芯部后固化并且收缩受阻,结果就是芯部残留拉应力、外层残留压应力。棒径越大越明显,Φ60 以上就要当回事,Φ100 往上的挤出棒芯部还可能有疏松。
第二是切削。车削把外层压应力层去掉,等于把原来的平衡打破,内部应力重新分布,工件就变形或者开裂。这也是为什么从内孔往外裂——内孔正好是原来芯部拉应力最大的位置。第三是切削热和装夹:转速高、进给小、不给冷却,局部升温再快冷,又添一层;三爪硬夹薄壁件,松开就回弹。
为什么放了两个月才裂
PP 是黏弹性材料,应力松弛和蠕变都需要时间。室温下分子链在缓慢重排,微观银纹在缓慢长大,达到临界尺寸才失稳成宏观裂纹。这个过程几周到几个月都有可能。加上库房里的温度波动,冬夏、昼夜的温差等于给工件反复加载,把这个过程又推快一点。所以加工完当场检验合格,说明不了任何长期问题。
装配本身常常是最后一根稻草。过盈配合、螺纹拧紧、压入衬套,这些动作给的都是持续拉应力,正好和残余应力叠在一起。所以经常是“放着没事,一装就裂”,被当成装配用力过猛,其实那件在上架的时候就已经攒够了。
工艺上的对策
- 粗车留单边两到三毫米余量,放置或者退火之后再精车,这一步最有效
- 退火:低于软化点若干度保温几小时,随炉缓冷,壁厚越大保温越久,不能急冷
- 刀具磨锋利、大前角,宁可大进给小切深,减少切削热;风冷或者乳化液跟上
- 薄壁件用软爪或者胀套,增大接触面,别用三爪硬夹
- 内孔口、台阶根部一律留圆角,尖角就是应力集中点,裂纹总是从那里起
- 加工完不要马上堆叠码放、不要压重物,摊开放一段时间
装配之前怎么把带病件筛出来
加工完当场合格说明不了长期问题,那就用一个加速的办法把它逼出来:把件放进六七十度的温水里泡上一两个小时,或者在烘箱里按低于软化点若干度保温几小时,然后自然冷却。应力大的件在这一步就会变形或者开裂,与其两个月后在装配线上发现,不如在车间里报废掉。变形量仍在公差内的,说明应力已经放掉大半,可以精车到最终尺寸。
另一个土办法是看透光。PP 半透明,把件对着强光斜看,内应力集中的区域常有一片颜色不均的云状纹,尤其在内孔和台阶根部。这个办法判不了定量,但能把明显有问题的那几件先挑出来。
选棒材也有讲究
棒径尽量接近成品尺寸,切削量少,释放的应力就少,比事后补救划算。来料先看端面:芯部有没有缩孔、气泡、发暗的疏松区,大直径挤出棒最容易在这里出问题,车到一半才发现就晚了。牌号也要对,均聚和共聚的加工性能、韧性都不一样,别混批用。金浩丰发大直径棒料会把端面切平让你先看芯部,这一步在我们车间做,比车到一半才发现划算。
棒材和 CNC 加工是我们雕刻车间在做的事,来图外协也接。这个亏我们自己也吃过,所以大直径棒料车的件默认是粗车之后放一放再精车,工期上会多两天,客户催得急的时候我们也会把风险讲清楚。金浩丰只做料和加工件,装到什么设备上是你们的事。186 1558 6932。