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金剛石線切割機切割高分子復合材料

作者:沈陽科晶日期:2019-03-06

實驗材料:

尺寸為13×24×46㎜的高分子復合材料,材料的形貌如圖1所示;該高分子復合材料具有高強度、質輕、耐溫、耐腐蝕、絕緣等性質。高分子復合材料一般是根據應用目的,選取高分子材料和其他具有特殊性質的材料復合而成的新材料,制成滿足需要的復合材料。

實驗目的:

從長條狀高分子復合材料上切取3塊10×10×10㎜的正方體小方塊,切割過程中用水對材料進行冷卻。

實驗設備:

由沈陽科晶自動化設備有限公司制造的STX-202A小型精密金剛石線切割機(本實驗金剛石線徑選用0.42㎜)、MTI-3040加熱平臺,實驗所用設備圖如圖2所示;

圖2 實驗所用設備圖

實驗設備選用原因:

STX-202A小型金剛石線切割機是專為材料研究人員而設計,用于脆性材料樣品的精密切割。例如晶體、陶瓷、玻璃、蜂窩陶瓷(汽車尾氣處理載體,薄壁,易碎)、金屬、塑料、PCB、巖樣、礦樣、耐火材料、建筑材料、牙科材料、生物及仿生復合材料等。用其進行超薄精密切割時,切得的最薄片厚可以達到0.08mm。

MTI-3040加熱平臺是采用整體鑄造,單片機作為核心控制部件,適用于對熔化溫度低于200℃的各種材料(如晶體、半導體、陶瓷等)的加熱。

實驗耗材:

樹脂陶瓷墊塊、石蠟,實驗所用耗材如圖3所示;

圖3 實驗所用耗材

實驗過程:

將高分子復合材料樣品、金剛石線切割機專用載樣塊、樹脂陶瓷墊塊放到MTI-3040加熱平臺上進行預熱,當載樣塊、樹脂陶瓷墊塊與試樣溫度達到石蠟融化溫度后,將石蠟涂抹到三者將要進行連接的位置,然后將三個物體按載樣塊、樹脂陶瓷墊塊、樣品的順序疊放起來,再移到加熱平臺下面進行空冷,直到溫度降低到室溫為止,在加熱平臺上進行預熱的樣品如圖4所示。當載樣塊溫度降低到室溫后將裝載有試樣的載樣塊安裝到STX-202A型金剛石線切割機的樣品臺上進行切割。切割過程中用水對樣品進行冷卻而不用油冷,因為該種高分子復合材料具有木紋狀紋理,切割過程中若用切割油進行冷卻切割油易滲進樣品里面而不易流出,給樣品造成污染,因此,選用水對樣品進行冷卻。有機材料一般都具有一定的彈性,切割速度過快金剛石線所受的向上的力越大,不利于切割過程的進行。所以合適的切割速度是獲得良好切割面的前提條件,在這里切割速度選用0.5㎜/min,切割行程設置為15㎜,切割寬度設為10.42㎜。在沒有切割經驗做參考時切割速度盡量選擇小的切割速度,保證切割過程中金剛石線不會因為速度過快而斷裂。切割行程的設置一般比樣品切割方向的厚度略大一些,以此來保證樣品會被完全切割開。切割寬度設置應注意,實際切割寬度=樣品要求寬度+金剛石線徑。若顯示器顯示快到達切割行程而樣品還未被完全切割開,這時可以停止切割方向的進給讓金剛石線原地繼續切割,直到樣品被完全切割開為止。

圖4樣品在加熱平臺上預熱狀態圖

圖5所示為樣品切割過程示意圖,由于樣品尺寸為13×24×46㎜,所以先將樣品切割成13×10×24㎜的長條,然后再將長條切割成10×10×10㎜的正方體小方塊。為保證切割后的樣品尺寸精確且每個角保持90°垂直,當樣品臺角度調整好之后就不再進行角度調整,而是利用十字夾具來調整樣品的90°方向。這樣能最大程度保證最終樣品尺寸的精確性。切割過程中要保證冷卻水澆到金剛石切割線上從而保證在切割過程中水對金剛石線和所切割樣品能進行冷卻。

切割后的長條樣品將其一個切割面貼在載樣塊上固定,再沿垂直切割面的方向將樣品切割成10×10×24㎜的長條,切割后的長條狀樣品如圖6(a)所示。然后將載樣塊在十字夾具上安裝到90°的方向再切割10×10×10㎜的正方體小方塊,切割后的正方體小方塊如圖6(b)所示??梢?,樣品表面無明顯切割線痕,切割面平整,樣品紋理清晰,方塊形狀方正。

圖6 切割后的樣品圖

用游標卡尺測量切割后的正方體小方塊的尺寸,可見正方體方塊的尺寸大都在10.01㎜左右,可見切割后的樣品尺寸精確性高。樣品存在公差的原因有兩種可能:一種是設備存在一定的公差,另一個原因是該種高分子復合材料經水泡會發生一定的尺寸改變,等水干后尺寸變化不會完全恢復。

綜合這兩種原因,試樣會存在一定的尺寸偏差,但都在正常尺寸偏差范圍之內。由此可見用STX-202A型金剛石線切割機切割出的高分子復合材料樣品尺寸偏差小,尺寸精確,均勻性好。

綜合以上可知,STX-202A小型金剛石線切割機切割后的高分子復合材料切割面平整度好,切割線痕不明顯,尺寸精度高。

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