特殊環(huán)槽結(jié)構(gòu)零件的銳邊毛刺處在環(huán)槽之中，肉眼無法觀察，毛刺去除非常困難，影響零件的質(zhì)量。對常用的去毛刺方法進行總結(jié)分類，并驗證去毛刺效果，解決特殊環(huán)槽毛刺無法去除干凈的問題，為解決具有特殊環(huán)槽結(jié)構(gòu)零件的銳邊毛刺問題提供參考。
1 序言
由于機械零件在加工制造過程中產(chǎn)生的毛刺對零件的精度、性能甚至整個裝配系統(tǒng)均可能產(chǎn)生不良影響，進而影響產(chǎn)品的整體品質(zhì)，因此近年來各行業(yè)對毛刺的去除越來越重視，多位學者及技術(shù)人員對去毛刺方法進行了深入的研究[1-3]。
某型特殊環(huán)槽結(jié)構(gòu)零件如圖1所示，材料為表面硬化鋼，具有特殊的環(huán)槽結(jié)構(gòu)，其中孔的環(huán)槽中還加工有偏心環(huán)槽，相當于槽中槽的結(jié)構(gòu)。其中孔直徑在20mm左右，偏心環(huán)槽的直徑比中孔直徑略小，偏心環(huán)槽的偏心距在5mm以上，槽寬小于5mm，并有多個φ2mm左右的深孔與偏心環(huán)槽接通，圖樣要求交接處有R0.3mm的圓角。由于在加工過程中發(fā)現(xiàn)偏心環(huán)槽與φ2mm深孔接通后，相貫處的銳邊毛刺較多且很難去除，因此需探索該特殊環(huán)槽銳邊毛刺的去除方法，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
圖1 特殊環(huán)槽結(jié)構(gòu)零件
2 常用去毛刺方法分類
為更好地應(yīng)用去毛刺方法，對常用的去毛刺方法進行了總結(jié)分類，如圖2所示，便于進行不同去毛刺方法的試驗與研究。
圖2 常用去毛刺方法分類
2.1 機械去毛刺
機械去毛刺是應(yīng)用最廣泛的去毛刺方法之一，其適用性強，適合絕大部分簡單零件的毛刺去除。機械去毛刺方法主要指車、鉆、銑和磨等工種利用刀具、砂紙和油石等在設(shè)備上對零件進行毛刺的去除，還有鉗工利用各種銼刀、金屬刷（輪）進行手工打磨去毛刺。手工打磨去毛刺只適合于粗加工去毛刺，對于一些特殊結(jié)構(gòu)的零件，手工打磨去毛刺難度高，需要定制非標刀具。對于精加工的機械去毛刺，一般有研磨去毛刺、輪式拋光機去毛刺、砂帶拋光機去毛刺及端面拋光機去毛刺等方式。
2.2 化學去毛刺
化學去毛刺方法主要有電解去毛刺和等離子拋光去毛刺。
電解去毛刺是利用金屬零件在電解液中產(chǎn)生陽極氧化溶解的電化學原理。金屬零件為陽極，電極為陰極。當在兩極之間施加直流電壓時，電解液在一定壓力下，流過兩極間的間隙，零件的毛刺和棱邊產(chǎn)生的電流密度最大，從而使毛刺快速溶解或倒圓。電解去毛刺的優(yōu)點是電解不受零件硬度和形狀的限制，適用所有導(dǎo)電材料，不產(chǎn)生二次毛刺，無殘余應(yīng)力，適合批量生產(chǎn)，易實現(xiàn)自動化。電解去毛刺適用于中小零件或中小尺寸毛刺和微小毛刺，可倒小圓角。但它也有缺點，那就是設(shè)備價格貴，電解夾具專用性強，當電解部位毛刺非常大時，必須先通過其他手段去除大的毛刺，加工中要防止化學腐蝕、對環(huán)境的污染及起火。
等離子拋光去毛刺是利用電化學及等離子體反應(yīng)原理的一種電磁氣態(tài)放電現(xiàn)象。在電負荷壓力下拋光液與金屬工件之間產(chǎn)生離子態(tài)臭氧層氣體，這種氣體的離子達到一定數(shù)量時就形成等離子形態(tài)，在正離子的影響下使金屬的表面產(chǎn)生離子置換，達到去毛刺效果。等離子拋光去毛刺的優(yōu)點是去毛刺全面、徹底且效率高。但它也有缺點，那就是對孔內(nèi)毛刺去除效果一般，深孔去毛刺效果差。時間參數(shù)過長時，對保持銳邊部位仍然會倒圓。
2.3 振動去毛刺
振動去毛刺是利用零件和磨料在振動過程中發(fā)生相對運動或摩擦，達到去毛刺倒圓的效果。典型的振動去毛刺設(shè)備如行星式滾筒離心光飾機，是在轉(zhuǎn)動架上偏置一對或幾對滾筒，滾筒內(nèi)裝入零件、磨料及光飾液，轉(zhuǎn)動架公轉(zhuǎn)，而滾筒自轉(zhuǎn)，使得零件和磨料之間相互滑移，達到去毛刺和光整的效果，即離心光飾去毛刺。使用工具主要有磨料和光飾液。振動去毛刺對于無深孔或無深槽的小型零件去毛刺效果較好。如果零件有較淺的孔或槽，磨料選用尺寸一般需大于零件孔、槽的1/2或者小于零件孔、槽的1/3，拋光零件則選用精磨磨料。振動去毛刺也有它的缺點，如果磨料和零件的比例、光飾的時間、振動的頻率等參數(shù)選擇不當，則會導(dǎo)致零件表面出現(xiàn)碰傷。
2.4 磨粒流去毛刺
磨粒流去毛刺也稱擠壓研磨去毛刺，是采用具有一定黏彈性的磨料，在一定擠壓力的作用下高速往復(fù)流過零件表面，產(chǎn)生一定的磨削作用。磨粒流在通過直孔道時磨削力弱，通過變徑和轉(zhuǎn)角處時，磨削力強。磨粒流先將零件表面的毛刺去除，再進而對交線處倒圓。切屑隨磨粒流一起帶出。高黏度磨料可用于對零件壁面和大通道進行均勻研磨，低黏度磨料用于對零件邊角倒圓和小通道研磨。
根據(jù)磨料類別區(qū)分高、中、低黏度磨料流。磨粒流去毛刺使用的磨料介質(zhì)具有流動性，使其適合任何形狀的被加工面，特別適合常規(guī)手段難以觸及的內(nèi)孔內(nèi)腔尖角和表面、空間曲面、異形孔、交叉孔、深小孔及窄縫等部位的去毛刺、倒圓和拋光。磨粒流對零件表面產(chǎn)生切削的同時，還有一定的擠壓作用，可提高表面質(zhì)量，消除表面缺陷層，如殘余拉應(yīng)力、再鑄層等。
磨粒流去毛刺可靠均勻，不產(chǎn)生高溫，不會形成殘余應(yīng)力、燒傷和變質(zhì)層及二次毛刺。加工過程可靠性強，通過夾具設(shè)計和調(diào)整加工參數(shù)及磨料的配方，可控制加工精度及倒圓大小。加工效率高，一次完成去毛刺、倒圓和拋光，過渡圓滑，有利于提高零件的疲勞性能。加工通用性強，不受零件形狀、尺寸和材料的限制，從軟金屬到難加工鎳基材料均可加工。機床結(jié)構(gòu)簡單，操作容易。
2.5 噴射去毛刺
噴射去毛刺主要有高壓水噴射去毛刺、噴丸去毛刺和噴砂去毛刺。
高壓水噴射去毛刺主要應(yīng)用在精密零件的微小毛刺去除，利用高壓水泵將水加速到一定速度，高壓水沖擊到零件上的毛刺部位，將毛刺去除。其能去除零件深孔、小孔、盲孔和窄縫的毛刺；工作介質(zhì)（水）價格低，經(jīng)過濾后可繼續(xù)使用，不污染環(huán)境；去毛刺的同時，對零件還有清洗的作用；不會降低零件表面精度，對表面還有一定的強化作用；生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作簡單。但它也有很多缺點，介質(zhì)是水，不具備防銹功能，需要單獨防銹處理；對大而厚的毛刺去除效果差；對于內(nèi)腔彎曲孔道，去毛刺效果會降低；高壓水去毛刺不能倒角、倒圓，只能清除毛刺，去毛刺后仍是銳邊狀態(tài)。
噴丸去毛刺主要應(yīng)用于處理毛坯，利用壓縮空氣將磨料噴射到零件表面，磨料具有較高動能，可以去除毛刺飛邊。其優(yōu)點是設(shè)備簡單，制造容易；比手工去毛刺效率高，質(zhì)量好；噴槍靈活，可對零件任何部位加工；可去除表面氧化皮，改變表面應(yīng)力狀態(tài)，強化表面，為電鍍、噴漆等表面處理工作做預(yù)處理。缺點是功率消耗大，噴槍損耗嚴重，加工時管路會發(fā)熱，人工勞動強度大，工作環(huán)境差，噪聲大。
噴砂去毛刺主要用于精密小零件的去毛刺和光整加工。其與噴丸去毛刺類似，都是利用壓縮空氣將磨料噴射到零件表面，去除毛刺。但噴砂的磨料一般在50μm以下，噴砂時將磨料通過振動裝置送入混合室與空氣混合，再用高壓氣體噴出。其優(yōu)點是磨料顆粒較小，適用于精密小零件去毛刺和光整加工，加工質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，比手工高5～10倍；操作方便靈活，零件不需要夾持定位。缺點是對零件的較大或粗大毛刺飛邊難以清除。操作須在封閉操作箱中進行，否則磨料粉塵對人和環(huán)境影響較大。噴砂去毛刺時需按加工要求選擇磨料種類和大?。荒チ弦蟊３指稍锴鍧崳駝t結(jié)塊堵塞噴嘴，磨料不能重復(fù)使用。
3 研究內(nèi)容
3.1 鉗工銼刀去毛刺法
該零件材料為18CrNiMo7-6，回火后硬度≤269HBW。環(huán)槽中加工有偏心環(huán)槽，偏心環(huán)槽與φ 2mm深孔接通，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。由于環(huán)槽處的毛刺比較大，所以采取機械去毛刺方法去除大的毛刺，選擇應(yīng)用最為廣泛的鉗工銼刀去毛刺法。根據(jù)環(huán)槽結(jié)構(gòu)，設(shè)計了鉗工用旋轉(zhuǎn)銼刀，為保證銼刀不傷到零件的中孔，將銼刀刀盤直徑設(shè)計為18mm，刀盤厚度設(shè)計為2mm，為保證打磨偏心環(huán)槽過程中刀桿不會和中孔干涉，設(shè)計桿徑為φ7mm，如圖4所示。
圖3 偏心環(huán)槽二維結(jié)構(gòu)示意
圖4 旋轉(zhuǎn)銼刀示意
使用該銼刀對偏心環(huán)槽相貫處進行打磨后，毛刺沿環(huán)槽和孔的相貫線分布，使用鉆頭和旋轉(zhuǎn)銼刀交替打磨仍不能去除。分析原因是該零件的材料比較軟，毛刺根部又比較粗大，旋轉(zhuǎn)銼打磨時毛刺受力翻向孔內(nèi)，鉆頭從孔內(nèi)打磨時，毛刺又翻向環(huán)槽，因此鉗工銼刀去毛刺法無法解決該銳邊毛刺的問題。
3.2 設(shè)備刀具去毛刺法
毛刺的形成是一個非常復(fù)雜的過程，零件的材料特性、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)及切削液的使用等多種因素都直接影響毛刺的形成。圖5所示為加工毛刺形成因果分析，本次加工的零件材質(zhì)和加工過程基本確定，能最快消除影響的因素就是刀具和加工參數(shù)。分析可能是加工偏心環(huán)槽時刀具磨損過快，最終產(chǎn)生了較大的切削毛刺。
圖5 加工毛刺形成因果分析
設(shè)備刀具去毛刺法就是利用切削刀具在設(shè)備加工零件時將毛刺去除?？紤]到毛刺形成的影響因素，優(yōu)化了加工偏心環(huán)槽的程序和參數(shù)，增加了切削刀具去毛刺。采用設(shè)備刀具去除環(huán)槽毛刺后，毛刺問題大大改善，設(shè)備刀具去毛刺法明顯優(yōu)于鉗工銼刀去毛刺法（見圖6）。
圖6 設(shè)備刀具去毛刺效果
3.3 鉗工拋光去毛刺法
設(shè)備刀具去毛刺法能去除大的飛邊毛刺，但小毛刺仍存留在相貫處，且相貫處的表面質(zhì)量較差。又試驗了機械去毛刺方法中的鉗工拋光，使用氣動筆夾持鋼絲刷（見圖7）拋光環(huán)槽，將相貫處的細小毛刺打磨去除，去除后的效果如圖8所示。
圖7 鋼絲刷
圖8 鉗工拋光環(huán)槽效果
3.4 化學去毛刺法
已經(jīng)試驗的3種去毛刺方法均不能形成穩(wěn)定一致的圓角，相貫處仍是銳邊狀態(tài)，且表面質(zhì)量較差，需采用化學去毛刺法的電解去毛刺方式，電解去毛刺后的效果如圖9所示。
圖9 電解去毛刺效果
3.5 聯(lián)合去毛刺法
經(jīng)過試驗，認為對于具有特殊環(huán)槽結(jié)構(gòu)的零件，單一的去毛刺方法無法滿足最終要求，需將機械去毛刺、化學去毛刺等多種去毛刺方法聯(lián)合使用。特殊環(huán)槽的聯(lián)合去毛刺法可采用的方法見表1，實際加工中可根據(jù)不同的加工要求將不同的去毛刺方法進行自由組合。
表1 聯(lián)合去毛刺法可采用的方法
4 結(jié)束語
采用聯(lián)合去毛刺法較好地去除了特殊環(huán)槽處的毛刺，解決了該零件特殊環(huán)槽銳邊毛刺無法去除干凈的問題。該方法已經(jīng)應(yīng)用于多種零件的加工，有效解決了類似結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品毛刺問題。但仍有其不足之處，方案仍需采用鉗工手工拋光，無法避免手工拋光可能無法拋干凈的問題。
