1聚碳酸酯聚碳酸酯是一種非晶態(tài)高分子材料，以其易加工成型、機(jī)械和光學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子和通訊設(shè)備、光學(xué)和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域[1]。聚碳酸酯作為飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的主要材料,在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)有關(guān)資料顯示,美國(guó)第四代戰(zhàn)機(jī)F-22以及新一代戰(zhàn)機(jī)的夾層擋風(fēng)的主要材料為聚碳酸酯，而中國(guó)自主研發(fā)的殲擊機(jī),其擋風(fēng)玻璃的主要成分也是聚碳酸酯這類材料。其加工方法主要有兩種：注塑成型和機(jī)械加工。其中，注塑成型的材料零件通常呈現(xiàn)零件精度低、表面質(zhì)量差、缺陷分布不可控、可重復(fù)制造性差等特點(diǎn)，無(wú)法滿足精密零件的高使役性能需求，通常還需通過(guò)車、銑、鉆的加工方式來(lái)提高零件的質(zhì)量。2銀紋張力作用下，高分子的分子鏈發(fā)生局部伸展而產(chǎn)生的空化結(jié)構(gòu)稱為銀紋。銀紋是在裂紋前應(yīng)力集中處發(fā)生塑性變形的結(jié)果，通常出現(xiàn)在非晶態(tài)聚合物中。銀紋萌生的動(dòng)力學(xué)具有復(fù)雜的應(yīng)力和溫度依賴性。此外，銀紋還取決于聚合物的塑性變形狀態(tài)(即是否拉伸)、聚合物的分子量以及液體和氣體環(huán)境中的溶劑作用。

銀紋的生長(zhǎng)包括界面的擴(kuò)展和厚度的增加。對(duì)于銀紋界面的擴(kuò)展過(guò)程，根據(jù)Taylor彎月面的失穩(wěn)機(jī)制，在銀紋界面上會(huì)產(chǎn)生沿拉應(yīng)力方向高度取向的微纖絲，微纖絲之間存在許多微孔，如圖1所示。隨著應(yīng)力的增加，微孔變多微纖維斷裂，形成裂紋。圖1銀紋生長(zhǎng)示意圖絕對(duì)溫度越高，材料的分子鏈弛豫時(shí)間越短，分子鏈活性較高，在受到外力作用時(shí)更容易產(chǎn)生微孔、微纖維，從而逐步生長(zhǎng)形成銀紋和裂紋，宏觀表現(xiàn)為材料具有明顯的韌性；而絕對(duì)溫度越低，材料的分子鏈弛豫時(shí)間延長(zhǎng)，分子鏈活性較低，在受到外力時(shí)較難產(chǎn)生微孔、微纖維和銀紋，直接發(fā)生脆性斷裂。3聚碳酸酯的加工聚碳酸酯材料導(dǎo)熱系數(shù)低，在切削過(guò)程中，受刀具摩擦和材料變形的耦合作用會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱，產(chǎn)生極高的切削溫度，高溫導(dǎo)致材料產(chǎn)生微裂紋，然而常規(guī)冷卻劑中的分子可以擴(kuò)散到聚合物的分子鏈中導(dǎo)致溶脹，當(dāng)表面溶脹力和聚合物內(nèi)應(yīng)力的疊加大于分子鏈之間的結(jié)合力時(shí)，就會(huì)使微裂紋斷裂。因此，需要探索高效冷卻的加工工藝，提高聚碳酸酯的加工質(zhì)量。超低溫冷卻技術(shù)(溫度低于-153℃)，是指一種通過(guò)液氮等冷卻介質(zhì)使加工區(qū)域溫度降低的一種清潔加工工藝方法[4]。液氮等冷卻介質(zhì)在噴射壓力作用下進(jìn)入加工區(qū)域,依靠熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流等換熱方式降低切削熱。當(dāng)冷卻介質(zhì)為超低溫液體時(shí),在對(duì)流換熱的同時(shí)發(fā)生汽化,增強(qiáng)換熱能力，降溫效果更顯著[5]。近年來(lái)，超低溫冷卻加工被應(yīng)用于高分子聚合物、金屬材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等典型難切削材料的切削加工中，被證明具有有效降低切削溫度、延長(zhǎng)刀具壽命、提高表面完整性、改善難切削材料性能等優(yōu)良特性。4不同冷卻加工下的銀紋通過(guò)熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡SU5000對(duì)聚碳酸酯不同切削條件下的微觀表面形貌進(jìn)行觀測(cè)。圖2

聚碳酸酯切削表面微觀形貌干切削：在干切削條件下獲得的加工表面，由于切削區(qū)域溫度較高，分子鏈弛豫時(shí)間較短，分子鏈活性較高，其呈現(xiàn)出很高的韌性，因此在斷裂時(shí)會(huì)先形成微孔洞，微孔洞逐漸形成銀紋，再由銀紋逐漸擴(kuò)展成為裂紋，已加工表面微觀形貌可以看到存在大量較為粗狀的銀紋、孔洞，表現(xiàn)出典型的韌性斷裂特征，如圖2(a)所示。常規(guī)水冷卻：在常規(guī)水冷卻條件下，切削區(qū)域溫度比干切削時(shí)切削區(qū)域溫度低，分子鏈弛豫時(shí)間也有所延長(zhǎng)，但是材料在此溫度下仍然呈現(xiàn)出一定的韌性特征，可以看出材料已加工表面的銀紋較干切削條件下的銀紋變得更加細(xì)密，但仍存在大量明顯銀紋，如圖2(b)所示。超低溫冷卻：圖2(c)為在超低溫冷卻條件下材料已加工表面的微觀形貌觀測(cè)圖，由于切削區(qū)域溫度較低，材料分子鏈的弛豫時(shí)間大大延長(zhǎng)，分子鏈活性較低，材料趨向于脆性斷裂，因此在斷裂時(shí)基本不會(huì)存在形成銀紋的階段，從圖2(c)中也可看出，材料已加工表面沒(méi)有觀測(cè)到明顯的銀紋，加工表面較為平整，因此超低溫冷卻條件下的已加工表面粗糙度在三種冷卻方式中也是最小的?？偨Y(jié)聚碳酸酯材料的加工表面形貌受銀紋的形成與斷裂的影響。銀紋是分子鏈之間構(gòu)象變化的結(jié)果，超低溫冷卻條件下切削區(qū)溫度的降低可以顯著抑制銀紋的產(chǎn)生，并導(dǎo)致加工表面趨向于脆