机械零件毛刺去除工艺探析

2012-08-15慕斌

科技传播 2012年3期

慕斌

北京祥安达消防工程有限公司，北京 100086

0 引言

机械零件上存在的毛刺将给零件的表面质量、装配、检测、使用性能和外观等多个方面造成极为不利的影响。而单纯从事后对毛刺进行去除和处理的工艺较为麻烦，同时难以保证已加工完成的零件性能质量。从这个角度来讲，有必要在零件出现毛刺之前(事前)对加工工艺设计进行选择和设计，从源头上对机械零件的毛刺加以控制。同时，事后去除毛刺的工作量一般较大，不恰当的处理方式将导致机械零件加工成本的迅速增加，选择一个合理的去除毛刺方式将是降低零件加工成本的重要方途径。因此，对几种重要的零件去除毛刺工艺进行论述就显得极为必要。

1 事前工艺设计去除方式

1.1 对加工工序进行合理的安排

在进行工序安排的时候，应该尽量将那些产生毛刺较多的粗加工工序考前安排，而将那些产生毛刺较少、且尺寸改变较少的加工工序安排在工艺链的末端，这样可以利用后面的工序将之前工序产生的毛刺加以消除。例如，在加工某个零件的阶梯槽时，如果先加工较浅的槽，然后再加工深槽时，加工过程中产生的大量毛刺将会留在两槽的交接面处，导致毛刺过多；而如果先加工深槽，然后再加工浅槽，这样可以在加工浅槽的过程中将产生的槽边毛刺去掉，有效的改善加工质量。

1.2 选择合理的走刀方向

在零件加工的过程中对走刀方向进行合理的选择将能有效的控制毛刺的产生。以毛刺的棱角效应为根据，对加工刀具的走刀方向进行合理的选择，在加工的过程中将出刀口置于与零件棱角φ(两相邻加工面的边棱交角)值较大的位置，这时可以有效的防止、甚至是完全的消除毛刺的产生。在加工的过程中，即是不能完全的控制毛刺的产生，也应该使得加工的出刀口处于一个容易去除毛刺的部位。以在车床上车削套筒类零件的端部外锥面为例，若采用从外圆面向锥端部走刀的方式，在锥端部的内壁将容易产生毛刺；而如果将走刀方向设置为从锥端部的内孔向外圆方向走刀时，将能有效的减少加工外圆产生的毛刺数量，从而达到有效改善加工质量的目的。

2 事后去除的相关工艺

事后去除毛刺是机械零件加工过程中最常采用的改善加工质量的方式。下面将主要对电化学工艺、热能工艺以及磨料流三种去除毛刺的工艺进行论述。

2.1 电化学去毛刺

我们可以将电化学去毛刺理解成为一种特殊的电解（Electro-Chemical Machining, ECM）加工方式。该方式可以达到去除毛刺、飞边和对零件的棱角倒圆等目的。同时，该种方式的适应范围极广，可以对几乎所有的导电性材料进行加工，而且加工速度极快，加工时间基本能控制在5s～30s之间。该去除毛刺的方式是利用技术零件在电解液中能够发生阳极溶解的现象而进行的。在对金属进行阳极溶解的过程中，该金属阳极的溶解量遵循法拉第定律，表现出去除速度与电流密度直接相关的特性。在加工的过程中，由于零件的阳极形状和零件阳极之上的各个点和去除过程中阴极的距离不同，导致在电场作用之下零件阳极各点的电流密度是不相同的。尤其是在电化学加工工具的阴极与零件毛刺距离较近，且两者之间有高速的电解液流过的时候，其去除速度将明显加快，可以使得毛刺得到迅速的溶解，并且随着流动的电解液而带走。而具有毛刺的零件是作为阳极，因此在溶剂的过程中可以在溶解之后形成光滑的圆角，表面质量较好，通常主要用于那些对表面质量要求高的大型零件进行去除毛刺的加工。

2.2 热能去除毛刺

利用热能来去除毛刺，其本质是一种较为简单的化学反应过程。首先应该将需要去除毛刺的零件置于一个坚固的密封空间之内。然后在其中加入一定比例的、经过完全混合、压力达到一定标准的H2和O2混合气体，最后在电火花的点火之下，其中的混合气体在瞬间发生爆炸，并释放出大量的能量，在一瞬间就能将空间中的空气加热到3300℃之上。在这个过程中，零件上的毛刺将被迅速的烧掉，进而达到去除毛刺的目的。由于爆炸的过程中，产生的压力很大，这些高压空气可以进入零件的内控、槽、深孔以及交叉孔等难以去除毛刺的地方，因此这种方式尤其适合于对形状复杂的零件进行加工。

在采用热能进行加工的过程中，用到的设备主要是专用的高温去毛刺机床，这种机床可以分为固定式、回转台式两种。在选型的过程中，首先应该考虑加工过程的安全可靠性、加工工作室的密封能力以及应有的壳罩等安全防护装置。尤其应该避免在加工过程中出现高压H2或者是O2的泄露问题。

热能加工去除毛刺的方式由于去除效果稳定、去除质量较高，且能保持持续的加工效率而得到较为广泛的应用。但是其也表现出了加工成本较高的缺点。因此，这种去除毛刺的方式主要用于各种金属、橡皮以及塑料等多种结构的零件。尤其是对那些结构复杂的零件，不适合与采用手工或者是电化学去除毛刺的零件，通常可以采用这种方式予以去除。

2.3 磨料流去除毛刺

在采用磨料流对机械零件进行去毛刺加工时，其采用的射流液体主要是由经过严格配比的聚合物、磨料以及水等组成的。由于在其中加入了适量的聚合物，其中的磨料在液体中处于悬浮状态。这对于磨料的均衡性有积极的影响，且能有效的避免堵塞现象。磨料流去除毛刺具有针对性强、材料的浪费较少的特点。而且其中的磨料目数较高，加工之后能得到较好的表面质量。

在采用磨料流去除毛刺时，主要考虑到磨料的类型、射流的压力、磨料的流速以及射流喷嘴与待加工零件的倾斜角度、距离等相关参数。在进行加工的过程中应该根据实际的需要进行合理的选择。

这种加工方式主要用于精密的微小零件的毛刺去除过程中，诸如液压阀和燃油系统当中不允许出现毛刺的沟槽、螺纹以及深孔等部位的精加工。同时，在对多种工程塑料类零件进行加工时，同样可以采用这种方法来进行。值得注意的是，加工过程中对磨料的选取一直是磨料流去除毛刺的关键环节，它主要是和被加工零件的材料直接相关的。例如，在对铝、黄铜类零件进行去毛刺时，主要采用氧化铝作为磨料；而在加工不锈钢、陶瓷类零件时，主要采用碳化硅作为磨料。同时，这种去除毛刺的方式不容易产生高温，在加工之后不会产生残余应力和应变等，具有良好的力学性能。