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[交流分享] 10种最具挑战性的去毛刺加工

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发表于 2018-8-28 09:57:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
毛刺一直是零件制造商的“心腹之患”,而成为问题的并不仅仅只有毛刺。有时人们要求零件必须具有锐利的非连续边缘,有时则要求零件边缘应有规定尺寸精度的圆弧半径。此外,去毛刺加工必须不破坏附近的表面、不改变零件的颜色或在零件表面沉积氧化物或其他材料。
  许多零件制造商都在寻求成本效益更好的去毛刺方法、更精密的边缘修整工艺、更快的加工速度和更小的负面影响。但是,零件的复杂性加上难以加工的材料特性,往往会使去毛刺加工成为一种艰难的挑战。一些制造商必须快速、彻底地去除毛刺。例如,为了与零件的生产节拍相匹配,避免降低生产线的运行速度,许多汽车零件制造商必须在4秒钟以内彻底去除一个零件的毛刺。而其他一些零件制造商的目标则是确保零件边缘具有精确和可重复的几何形状。
  下面介绍10种最具挑战性的去毛刺加工以及获得成功的方法,虽然所有这些去毛刺方法可能都存在这样或那样的不足之处。

(1)复合材料
  复合材料零件去毛刺的难度名列前茅。有些复合材料由两种金属组成,而另一些复合材料(如电路板)则由不同的塑料、陶瓷和金属层构成。一些航空复合材料(如碳纤维/铝复合材料)具有极高的强度/重量比,但为了确保飞行安全,飞机零部件的边缘必须满足严苛的要求。
  多层复合材料的开放边缘(即顶部和底部暴露在外的表面)特别容易发生开裂、应力过大、分层剥离、吸收水分、持续磨损和化学腐蚀。所有这些问题都会对产品的寿命或性能产生不利影响。而去毛刺加工既有可能引起,也有可能避免或改善这些问题。
图1  由7层材料构成的复合材料零件的去毛刺加工极具挑战性
  为了获得合格的零件边缘和表面,复合材料中的每一种材料都需要区别对待。因此,能改善某一种材料质量特性的最佳工艺有可能对其他材料却有害无益。
  还有另一个更具主观性的问题:在加工不同的材料层时,边缘由什么决定?人们普遍认为,在外表面上看到的轮廓才是边缘。但对于复合材料来说,从一层材料到另一层材料的每一次过渡都可能形成一个边缘。因此,复合材料产品可能有许多内部边缘,而且每个边缘可能都对产品性能至关重要。
  在对复合材料进行去毛刺加工时,为了最大限度地减小毛刺,必须了解复合材料中各种材料的特性,以及用户对每个界面的质量要求是什么。虽然可能有几种加工/精整工艺都可以满足最低质量要求,但应该从中仔细挑选出最佳工艺。
  去毛刺加工应选用最合适的刀具,这就需要与刀具制造商密切合作,充分利用他们的知识储备。此外,还应采用最佳切削条件,确保各层材料不会分层剥离。

(2)交叉孔
  交叉孔会形成三维边缘结构,而且相交线上每一点的毛刺厚度和高度都各不相同,这意味着基于相同大小毛刺的去毛刺工艺可能效果不佳。
  除了旋转式手持工具和一些专用去毛刺工具以外,热能去毛刺也是一种适合许多金属零件交叉孔(包括小直径孔)的高效去毛刺方法。如果需要对交叉孔进行表面精整加工,采用电化学去毛刺方法和肯纳金属公司开发的挤压珩磨磨料流加工也能在几乎任何零件结构上获得高质量边缘。对于大直径交叉孔,使用填充了磨料的橡胶或纸制弹头型工具,可以快速而高效地完成去毛刺加工。
图2  用去毛刺工具处理之前(左)和之后(右)的交叉孔表面对比
  当孔的直径小于3.175mm、深度大于10倍直径时,去毛刺加工将变得更具挑战性,因为大多数去毛刺工具或工艺方法都很难进入这些既深又小的交叉孔中。例如,去除汽车发动机曲轴中交叉深孔的毛刺难度很大,而生产节拍对去毛刺的速度要求使其难上加难,因为通常必须在4秒钟或更短时间内完成所有去毛刺加工。

(3)变速器壳体
  汽车变速器壳体是一个布满狭窄通道的复杂“迷宫”,而在这些机械加工出的通道的每一侧,通常都存在毛刺。错综复杂的通道使彻底去除这些毛刺成为一种艰难的挑战。充填磨料的尼龙刷和其他类型的毛刷可以到达边缘下方,并通过在边缘上来回移动刷除毛刺。同样的去毛刺技术也适用于汽车发动机缸体上尺寸达数百英寸的铣削边缘。
图3  充填有磨料的尼龙刷可以高效去除自动变速器壳体上狭窄通道中的毛刺

(4)喷气发动机的整体叶盘
  叶盘是喷气涡轮发动机的重要部件,其上分布有许多较短的涡轮叶片。整体叶盘通常是用单一锻件直接加工而成,而不是先分别加工出各个叶片,并将其一一焊接到位,然后再对叶盘进行精加工。制造叶盘的材料为能承受1650℃高温的耐热超级合金,是典型的难加工材料。
  这些价值不菲的叶盘必须具有形成气流的精确廓形,且每条边缘都必须完美无暇,这意味着没有毛刺,并能构成特定的边缘曲率(每一排叶片的边缘曲率可能各不相同)。机器人搬运工件加上能最大限度减少毛刺产生的数控加工程序,为满足这些严苛的要求提供了最佳解决方案。

(5)聚醚醚酮(PEEK)树脂
  由于PEEK具有优异的物理性能、化学惰性和生物相容性,因此被广泛应用于航空航天、医疗器件等行业。但是,加工后的PEEK零件往往会留下薄如羽毛的毛刺,而且许多制造商发现,很难在不影响零件的表面光洁度、尺寸、颜色和其他要求的情况下去除这些毛刺。
  微型磨料喷砂设备制造商Comco公司销售和营销经理Patrick Byrne解释说,虽然很难用小刀具安全地去除PEEK零件的毛刺,但可以采用一种微米级的软磨具,在不破坏复杂零件几何形状和表面光洁度的情况下高速去除PEEK毛刺。低温滚光工艺也能有效去除一些PEEK零件的外部毛刺。
图4  去除PEEK零件上的毛刺

(6)特氟龙(聚四氟乙烯)
  特氟龙零件往往会产生很难去除的毛刺,在切除这些毛刺时,它会移位;而在喷砂处理时,毛刺则会弯曲。去除这种毛刺的关键是采用极其锋利的刀具,或者在切削或喷砂之前,预先对零件进行冷冻处理。经过冷冻的特氟龙零件韧性降低,可以防止或减少加工时形成毛刺。同样的方法也适用于其他许多塑料零件,但在冷冻处理时,必须选择合适的温度,以避免损坏零件。

(7)螺纹
  加工螺纹时,在螺孔的入口和出口处可能会产生毛刺,这些毛刺通常位于螺纹牙顶两侧和牙槽边缘。螺纹起始和终结处的毛刺比螺纹牙顶处的毛刺更厚,且位于不同平面上。因此,采用单一的去毛刺工艺通常效果不佳。用于批量光整加工的滚光工艺可以去除一部分螺纹毛刺,但对螺纹顶部的毛刺则无能为力。
  由于滚光工艺能去除部分毛刺,因此其使用仍较广泛,但必须注意,要防止毛刺碎屑残留在螺纹牙槽中,以免在装配时造成干涉。手工去毛刺、电化学去毛刺和SurfTran热能去毛刺工艺对所有的螺纹毛刺都非常有效。
图5  孔口处的螺纹更容易产生毛刺
  在设计零件时,提高其对毛刺的包容性也能解决一些问题。搓丝工艺可以加工出完美的无毛刺螺纹。此外,螺纹磨削也能有效防止产生较大的毛刺。

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