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金屬切削過程常常伴隨著毛刺的生成。毛刺的存在不僅降低了工件的加工精度和表面質(zhì)量，影響到產(chǎn)品的使用性能，有時甚至?xí)l(fā)事故。去毛刺是一個非生產(chǎn)性過程，它不僅增加產(chǎn)品成本，延長產(chǎn)品生產(chǎn)周期 ，而且毛刺去除不當(dāng)還會導(dǎo)致整個產(chǎn)品報廢，造成經(jīng)濟(jì)損失。
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既然去毛刺這么費力，不如想辦法從源頭控制，今天我們來了解一下端銑加工中如何減少毛刺的產(chǎn)生。 , c6 C: J; n5 _0 i
01 端銑加工中毛刺的主要形式 1 {$ G& u9 H2 @2 l8 l) p/ i
按照切削運動——刀具切削刃毛刺分類體系，端銑過程中產(chǎn)生的毛刺主要有主刃兩側(cè)方向毛刺、側(cè)邊切出切削方向毛刺、底邊切出切削方向毛刺及切入和切出進(jìn)給方向毛刺五種形式（見圖1）。
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圖1 端銑加工形成的毛刺 r& h2 F& G# @: v0 o" }3 S
一般而言，底邊切出切削方向毛刺與其它毛刺相比具有尺寸大、去除困難的特點。為此，本文以底邊切出切削方向毛刺作為主要研究對象開展研究。根據(jù)端銑中底邊切出切削方向毛刺尺寸和形態(tài)的不同，又可將其分為如下三種：I型毛刺（尺寸較大，去除困難，去除費用較高），II型毛刺（尺寸較小，可以不去除或去除容易）和III型毛刺即負(fù)毛刺（如圖2所示）。
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圖2 銑削時底邊切出切削方向毛刺種類
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02 影響端銑毛刺形成的主要因素 毛刺的形成是一個非常復(fù)雜的材料變形過程。工件材料特性、幾何形狀、表面處理、刀具幾何形狀、刀具切削軌跡、刀具磨損、切削參數(shù)及冷卻液的使用等多種因素都直接影響毛刺的形成。圖3為端銑毛刺影響因素框圖。在具體的銑削條件下，端銑毛刺的形態(tài)和尺寸取決于各影響因素的綜合作用，但不同的因素對毛刺的形成具有不同的影響。
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圖3 銑削毛刺形成因果控制圖
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1）刀具進(jìn)入/退出 一般情況下，刀具旋出工件時所產(chǎn)生的毛刺比刀具旋入工件時所產(chǎn)生的毛刺大。如圖4所示， 圖4a為刀具旋出工件的終端面，易產(chǎn)生尺寸較大的I型毛刺，而圖4b中刀具旋入工件，所產(chǎn)生的毛刺通常為II型毛刺。 : V4 I; q# Q& c/ K) S% N' e2 s- T# J% X
圖4 銑削方式對毛刺形成的影響
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2）平面切出角 平面切出角對底邊切出切削方向毛刺的形成有很大的影響。平面切出角的定義為當(dāng)切削刃旋出工件終端面時，在過切削刃上一點垂直銑刀軸線的平面內(nèi)，該點的切削速度（刀具轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度的矢量合成）的方向與工件終端面方向之間的夾角。工件終端面的方向為從刀具旋入點指向刀具旋出點。如圖5所示，Ψ為平面切出角，其范圍0°<Ψ≤180°。
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圖5 平面切出角 4 E: V! }$ _: L6 |( y
試驗結(jié)果表明：毛刺高度隨著切削深度的變化而發(fā)生形式轉(zhuǎn)變，即隨著切削深度的增加毛刺由I型毛刺向II型毛刺轉(zhuǎn)變。通常將產(chǎn)生II型毛刺的最小銑削深度稱為界限切削深度，用dcr表示。圖6顯示了加工一種鋁合金時平面切出角和切削深度對毛刺高度的影響。 圖6 毛刺形式與平面切出角和切削深度
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由圖6可以看出：平面切出角越大，界限切削深度越大；當(dāng)平面切出角大于120°時，I型毛刺尺寸較大，向II型毛刺轉(zhuǎn)變的界限切削深度也大。因此，小的平面切出角利于II型毛刺產(chǎn)生，這是因為Ψ越小，終端面支承剛度相對提高，毛刺越不易形成。 0 u6 _# Y5 e; Z/ R9 J+ a8 u
由圖5可知：進(jìn)給速度的大小和方向?qū)铣伤俣葀的大小和方向均會產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而對平面切出角和毛刺形成產(chǎn)生影響。因此，進(jìn)給速度與退出邊偏移角α越大，Ψ越小，越利于抑制較大毛刺的形成（如圖7所示）。 ( ~, e6 M9 ]+ ]+ W7 `6 ]
圖7 進(jìn)給方向?qū)γ绦纬傻挠绊?/font>
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3）刀尖退出順序EOS 在端銑過程中，毛刺尺寸在很大程度上取決于刀尖的退出順序 。如圖8所示：A點為副切削刃上的點，C點為主切削刃上的點，B點為刀尖頂點。假設(shè)刀尖是鋒利的，即不考慮刀尖圓弧半徑。如果B-C邊先退出工件，A-B邊后退出工件，則切屑鉸接在已加工表面上，隨著銑削的進(jìn)行，切屑被推出工件，形成尺寸較大的底邊切出切削方向毛刺。如果A-B邊先退出工件，B-C 邊后退出工件，切屑鉸接在過渡表面上，被切出工件，形成尺寸較小的底邊切出切削方向毛刺。 , z' I7 K/ n D! P) S
試驗表明：①使毛刺尺寸依次增大的刀尖退出順序為：ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA。②EOS所產(chǎn)生的結(jié)果是一樣的，只是在相同的退出順序下，塑性材料比脆性材料所產(chǎn)生的毛刺尺寸要大。 刀尖退出順序不僅與刀具幾何形狀有關(guān)，還與進(jìn)給量、銑削深度、工件幾何尺寸及切削條件等因素有關(guān)，是通過多種因素綜合起來對毛刺的形成施加影響。 圖8 刀尖退出順序與毛刺的形成 3 n a! O- Z( R5 {9 n
4）其他因素 ①銑削參數(shù)、銑削溫度、切削環(huán)境等對毛刺的形成也會產(chǎn)生一定的影響，部分主要因素如進(jìn)給速度，銑削深度等的影響通過平面切出角理論和刀尖退出順序EOS理論體現(xiàn)出來，此不贅述。 ②工件材料塑性越好，越易形成I型毛刺。在端銑脆性材料的加工過程中，如進(jìn)給量或平面切出角較大，則有利于III型毛刺（虧缺）形成。 ③當(dāng)工件的終端面與已加工平面之間的角度大于直角時，因終端面支承剛度增強(qiáng)，能抑制毛刺的形成。 ④銑削液的使用有利于刀具壽命的延長，減小刀具磨損，潤滑銑削過程，進(jìn)而減小毛刺尺寸。 ⑤刀具磨損對毛刺的形成有很大的影響，當(dāng)?shù)毒吣p到一定程度，刀尖圓弧增大，不僅刀具退出方向毛刺尺寸加大，刀具切入方向也會有型毛刺生成，其機(jī)理有待進(jìn)一步深入研究。 ⑥其它因素如刀具材料等對毛刺的形成也有一定的影響。在相同的切削條件下，金剛石刀具較其它刀具更有利于抑制毛刺形成。
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03 控制端銑毛刺形成的基本途徑 端銑毛刺的形成受多種因素的影響，它不僅與具體的銑削過程有關(guān)，而且與工件結(jié)構(gòu)，刀具幾何形狀等因素有關(guān)。要減小端銑毛刺，必須從多方面出發(fā)控制和減小毛刺的生成。
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1）合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計 毛刺的形成在很大程度上受工件結(jié)構(gòu)的影響，工件結(jié)構(gòu)不同，加工后棱邊處的毛刺形狀和尺寸也有很大的差別。如果工件材料和表面處理是事先定好的，那么工件幾何形態(tài)和棱邊則是決定毛刺形成的一個重要因素，圖9為在工件終端面增加倒角來減小毛刺。 圖9 增加退出邊倒角法
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2）適當(dāng)?shù)募庸ろ樞?/font> 加工順序?qū)Χ算娒痰男螤�、大小也有一定的影響。毛刺形狀和尺寸不同，去毛刺的工作量和相關(guān)費用也不相同，因此，選取適當(dāng)?shù)募庸ろ樞蚴菧p少去毛刺費用的一種有效途徑。圖10為采用適當(dāng)?shù)募庸ろ樞蚩刂戚^大毛刺的生成。 圖10 選擇加工順序控制法 在圖10a中如果先鉆孔再銑平面，則孔圓周上容易生成較大切出銑削毛刺；如果先銑平面再鉆孔，則孔圓周上只有較小的鉆削切入毛刺。同理，在圖10b中，先銑削上表面再銑凹輪廓所形成的毛刺比先加工凹輪廓再銑平面所形成的毛刺尺寸要小。
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3）避免刀具退出 避免刀具退出是避免毛刺形成的有效方法，因為刀具退出是切出方向毛刺形成的主要因素。通常情況下，銑刀旋出工件所產(chǎn)生的毛刺較大，旋入工件時產(chǎn)生的毛刺較小。因此，在加工過程中應(yīng)盡量避免銑刀旋出。如圖4中，采用圖4b產(chǎn)生的毛刺小于圖4a中所產(chǎn)生的毛刺。 5 [" L: W. ]- } e# ^- V
4）選取適當(dāng)?shù)淖叩堵肪� 由前面的分析可知：當(dāng)平面切出角小于一定值時，所產(chǎn)生的毛刺尺寸較小。平面切出角可以通過改變銑削寬度、進(jìn)給速度（大小和方向）和旋轉(zhuǎn)速度（大小和方向）來改變。因此，可以通過選取適當(dāng)?shù)淖叩堵肪�來避免I型毛刺的生成（見圖11）。 圖11 控制走刀路線法 ! P. U c! p7 d
圖11a為傳統(tǒng)的之字型走刀路線，圖中陰影部分表示可能產(chǎn)生尺寸較大的切出切削方向毛刺的部位。圖11b采用了改進(jìn)的走刀路線，它可以避免切出毛刺的生成。雖然圖11b中的走刀路線比圖11a中的走刀路線略長，花費銑削時間略多，但由于不需要附加去毛刺工序，而采用圖11a需要大量的去毛刺時間（雖然圖中陰影部分即毛刺產(chǎn)生的部位并不是很多，但是實際去毛刺時必須走完毛刺所在的所有棱邊），因此綜合起來看，在控制毛刺方面，圖11b所示走刀路線優(yōu)于圖11a所示路線。 # ~% `( T& T* L" s( b1 }
5）選取適當(dāng)?shù)你娤骷庸?shù) 端銑參數(shù)（如每齒進(jìn)給量、端銑寬度、端銑深度及刀具的幾何角度等）對毛刺的形成有一定的影響。表1列出了為減小毛刺尺寸而選取端銑參數(shù)的幾條原則。 表1 毛刺類型及處理方法 # M! u2 J9 }/ ]. n `
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04 5項特種去除毛刺的方法
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1）電解去毛刺 所謂電解去毛刺就是一種化學(xué)去毛刺方法， 它可去除機(jī)械加工，磨削加工及沖壓加工后的毛刺，并使金屬零件尖邊倒圓或倒棱。 利用電解作用去除金屬零件毛刺的一種電解加工方法，英文簡稱 ECD 。將工具陰極（一般用黃銅）固定放置在工件有毛刺的部位附近，兩者相距一定的間隙（一般為 0.3～1mm）。工具陰極的導(dǎo)電部分對準(zhǔn)毛刺棱邊，其他表面用絕緣層覆蓋起來，使電解作用集中在毛刺部分。
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加工時工具陰極接直流電源負(fù)極，工件接直流電源正極。壓力為 0.1～0.3兆帕的低壓電解液( 一般用硝酸鈉或氯酸鈉水溶液 ) 流過工件與陰極之間。當(dāng)接通直流電源后，毛刺便產(chǎn)生陽極溶解而被去除，被電解液帶走。
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電解液有一定腐蝕性，工件去毛刺后應(yīng)經(jīng)過清洗和防銹處理。電解去毛刺適用于去除零件中隱蔽部位交叉孔或形狀復(fù)雜零件的毛刺，生產(chǎn)效率高，去毛刺時間一般只需幾秒至幾十秒。 這種方法常用于齒輪、花鍵、連桿、閥體和曲軸油路孔口等去毛刺，以及尖角倒圓等。缺點是零件毛刺的附近也受到電解作用，表面會失去原有光澤，甚至影響尺寸精度。 % v/ i7 ]& ?2 C+ w0 ~. `0 E
2）磨粒流去毛刺 磨料流加工技術(shù)（AFM）是國外70年代末發(fā)展起來的一項精飾去毛刺新工藝，此工藝特別適合于剛剛進(jìn)入精加工階段的毛刺，但是對于小而長的孔以及底部不通的金屬模等均不宜加工。 3）磁力研磨去毛刺 " ~( }9 `3 {3 Z/ l, m5 z% Q1 ?
磁力研磨時將工件放入兩磁極形成的磁場中，在工件和磁極的間隙中放入磁性磨料，磨料在磁場力的作用下沿磁力線方向整齊排列，形成一只柔軟且具有一定剛性的磁研磨刷，當(dāng)工件在磁場中旋轉(zhuǎn)井作軸向振動時，工件與磨料發(fā)生相對運動，磨料刷就對工件表面進(jìn)行研磨加工；磁力研磨法能夠高效、快速的對零件進(jìn)行研磨和去毛刺，適用于各種材料、多種尺寸、多種結(jié)構(gòu)的零件，是一種投資少、效率高、用途廣、質(zhì)量好的精加工方法。 目前國外已可對旋轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面、平板類零件、齒輪輪齒、復(fù)雜型面等進(jìn)行研磨和去毛刺，去除導(dǎo)線線材上的氧化皮，清理印制電路板等。
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4）熱能去毛刺 熱力去毛刺（TED）是用氫氧氣體或氧與天然氣形成時混合氣爆燃后產(chǎn)生的高溫將毛刺燒掉。是將氧氣和氧氣或天燃?xì)夂脱鯕馔ㄈ胍粋�密閉的容器內(nèi)，經(jīng)火花塞點火， 使混合氣在瞬時內(nèi)爆燃放出大量的熱能而去除毛刺。但工件經(jīng)過燃爆燃燒后， 其氧化粉末會附著工件表面上， 必須加以清洗或酸洗。
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5） 密鐳強(qiáng)力超聲波去毛刺 密鐳強(qiáng)力超聲波去毛刺技術(shù)是近幾年開始流行的一種去毛刺方法，僅僅就附屬的清洗效率是普通超聲波清洗機(jī)的10～20倍，空穴在水槽內(nèi)均勻密布，使超聲波無需借助清洗劑就可以在5～15分鐘內(nèi)同時完成。 | 
發(fā)表于 2022-9-6 14:27:04
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