去除毛刺和棱边加工存在的问题及今后的课题
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即使是最先进的纳米加工也会产生毛刺。如何控制毛刺和加工棱边,今后最先进的技术能否成功,都和如何与不成熟的技术进行最佳结合密切相关。
无论哪种机械加工都会产生毛刺。所谓无毛刺加工,并不是指不产生毛刺,而是指产生的毛刺很小,不至于影响产品功能而已。毛刺的大小因加工类型而有所不同,既有像热锻零件制造过程中会产生较大毛刺的情况,也有像精密压机或微细切削加工过程中产生的肉眼看不见的微小毛刺。
近年来,以各种机床为代表,用于电子、信息、光学机械等的零件以高精度、高功能化为目标,并且日益小型化。为了最有效地发挥零件本身的功能,高精度的去除毛刺技术显得非常重要。
图1所示为各种加工过程中产生毛刺的情况:(a)用直径φ50µm立铣刀加工腔体的实例。乍看上去似乎切削得很干净,但实际上棱边上残存了几个微米级的微小毛刺。(b)磨削产生的毛刺。由于这是直接与人体接触的电器制品零件,因此10µm的毛刺也不允许残留。(c)压机成形的继电器零件,在所有位置都能观察到微细毛刺,因为在使用过程中毛刺脱落会引起电器误动作,所以必须加以去除。(d)在薄板上钻孔加工时产生的毛刺。除切削、磨削、剪切时产生的毛刺以外,铸造、塑性变形和激光加工等也会产生熔融凝固毛刺、附着毛刺等,在许多加工过程中,毛刺都是不可避免的。

(a)切削

(b)磨削

(c)冲压

(d)钻孔
图1 各种加工方法所产生的毛刺
原则上不产生毛刺最好,但除非采用原子级的加工方法,其他加工方法都必然要产生毛刺。去除毛刺与棱边加工方法密切相关,技术越先进、零件越精细,棱边质量对其性能的影响也越大。
抑制毛刺产生的对策涉及产品设计、工艺设计和现场生产三个阶段。处理方法越恰当,效果就越明显,成本自然也会降低。

生产现场棱边加工存在的问题

生产现场的棱边加工尚存在以下问题:
  1. 棱边的质量
    不能彻底清除零件棱边上残留的毛刺;无法达到功能所要求的棱边形状和质量;产生毛刺的零件对后续组装等工作造成不良影响。
  2. 成本和生产率
    生产商希望在生产现场实现去毛刺自动化,但由于产量问题和专机价格较贵而不得不依靠人工去毛刺。
  3. 人工去除毛刺会引发安全问题和环境问题。
上述生产现场问题,大多数在后续流程中难以解决。因此,我们必须从产品设计、加工工艺设计的初期阶段就考虑如何才能达到要求的棱边质量。

毛刺控制方法

  1. 产品设计过程中的毛刺控制
    在产品设计过程中控制毛刺的方法包括:①选择产生毛刺较少的加工方法;②改变产品的形状或材质。
    对于需要切削加工的零件,可考虑通过选择其他加工方法来控制毛刺的产生。例如,由于面与面相交,进行切削加工时会产生毛刺,可采用缩小交叉角或倒角的方法。一般来说,与延展性强的材料相比,脆性材料不易产生毛刺。因此,变更材料可以作为解决方案之一,但由于存在各种制约因素,因此较难实施。
  2. 工艺设计过程中的毛刺控制
    在工程设计过程中控制毛刺的方法包括:①改变工序顺序:如改变钻孔加工顺序,变更加工机械等;②改变加工方法:如将钻孔加工变为冲压加工,采用一起切削或重叠切削等。
  3. 现场切削加工中的毛刺控制
    在现场切削加工中控制毛刺的方法包括:①设法降低切削阻力;②改变工具形状;③设法改变走刀路径。
去除毛刺的新方法很少,几乎一直沿用以前的原理,如机械、电气、化学、热力以及这几项原理的复合。必须根据工件的材质、形状、大小、数量等多种因素的考虑,在以上几项原理中选择最有效的去除毛刺工具和装置。各种去除毛刺方法的特点及适用范围如下:
  1. 磁力研磨法:既能产生光泽又能去除毛刺的唯一方法,加工速度和均匀性是需要解决的课题。
  2. 电解加工法:使用SUS磷酸系列电解液,能去除毛刺但对棱边加工不利;适用于筛、过滤器等。
  3. 滚筒研磨法:可利用微细颗粒使毛刺变小,但无法全部去除,磨块的平直度难以保持;适用于普通冲压件、眼镜框架、螺钉、外科器具等。
  4. 化学毛刺去除法:毛刺可能被去除,但棱边质量和尺寸精度难以满足;适用于半导体引线框架、螺钉、冲压件等。
  5. 液体珩磨法:如何保证表面和棱边质量是一个问题,通过选用合适的磨粒有可能解决;适用于普通冲压件。
  6. 喷砂加工法:变形和棱边质量是个问题,通过选用合适磨粒有可能解决,去除注射针头上的毛刺具有实效;适用于塑料制品、铸造零件、轴类零件、高尔夫球杆等。
  7. 水喷射法:改进现有水喷射去除毛刺技术是可行的,但不能从根本上完全去除毛刺;适用于变速箱零部件、化油器等。
  8. 刷除加工法:使用废液易于处理的硝酸苏<
本文作者:黄宁秋(编译)
原载:《工具展望》2008年第2期
上载于:2009-8-25 10:14:55

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