淺談國(guó)內(nèi)外零件去毛刺技術(shù)現(xiàn)狀與前景
瀏覽:93 時(shí)間:2023-12-13 15:12:59
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在金屬、非金屬零件的制造過(guò)程中, 會(huì)不同程度地產(chǎn)生毛刺。毛刺將影響航空零件
的檢測(cè)、裝配、使用性能、工作壽命等。
去毛刺的方法很多, 可將它們分為四大類:
(1)粗級(jí)(硬接觸) 屬于這一類的有切削、磨削、銼刀及刮刀加工等。
(2)普通級(jí)(柔軟接觸):屬于這一類的有砂帶磨、研磨、彈性砂輪磨削及拋光等。
(3)精密級(jí)(柔性接觸): 屬于這一類的有沖洗加工、電化學(xué)加工、電解磨削及滾動(dòng)加工等。
(4)超精密級(jí)(精密接觸):屬于這一類的有磨粒流去毛刺、磁力研磨去毛刺、電解去毛刺、熱能去毛刺以及密鐳強(qiáng)力超聲波去毛刺等, 這類去毛刺方法可獲得足夠的零件加工精度。
以上所述的第四大類去毛刺方式有個(gè)專屬名詞--特種加工,特種加工又被稱為非傳統(tǒng)或非常規(guī)加工,英譯:Non-traditional(conventional) Machining,簡(jiǎn)寫:NTM或NCM。 特種加工是利用特殊機(jī)械能、電能、化學(xué)能、電化學(xué)能、光能等進(jìn)行加工的方法。
當(dāng)我們?cè)谶x擇去毛刺方法時(shí),要考慮多方面的因素,例如零件材料特性、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸的大小和精密程度,尤其要注意表面粗糙度、尺寸公差、變形以及殘余應(yīng)力等變化。
下面具體說(shuō)一下特種加工里面的幾個(gè)方法:
一、磨粒流去毛刺
磨料流加工技術(shù)(AFM)是國(guó)外7O年代末發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)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(duì)于小而長(zhǎng)的孔以及底部不通的金屬模等均不宜加工。
AFM是靠機(jī)床所提供一定壓力,強(qiáng)迫半固體狀的呈粘彈性的磨料介質(zhì)(硅樹(shù)脂加添加劑)加壓通過(guò)被加工零件表面,介質(zhì)往復(fù)擠過(guò)工件的內(nèi)外表面、邊緣和孔道,以達(dá)到去毛刺、去銳邊和拋光等光整加工的目的。這種加工方法有所謂的擠壓珩磨(簡(jiǎn)稱EH )和流體動(dòng)力加工兩種, 這二種方法的主要差別是所用加工介質(zhì)及加工壓力不同,EH通常是在105kgf/cm 高壓下工作, 而流體動(dòng)力加工是使用拋光劑, 在低壓10~34kgf/cm 下加工,AFM加工的最小孔徑為0.35mm,毛刺的最大厚度為0.3mm, 倒棱的最大半徑為1~1.5mm。
影響磨粒流加工質(zhì)量的因素很多, 關(guān)鍵是加工介質(zhì)、機(jī)床和夾具。加工介質(zhì)是由磨料、基料及添加劑等組成的。
① 磨料:氧化鋁、碳化硅、碳化硼及金剛石、一般使用碳化硅較多, 它的切削性能好, 使用壽命長(zhǎng), 碳化硼價(jià)格雖貴, 但可獲得較高的加工質(zhì)量。金剛石價(jià)格最高, 但對(duì)研磨硬質(zhì)合金之類的零件卻是不可少的,近幾年還采用了氮化硼磨料。根據(jù)毛刺的大小、孔的大小及表面粗糙度的要求,可選用20#~600#范圍內(nèi)的磨料,粗磨料的切削能力強(qiáng),但表面粗糙度不好,細(xì)磨料用于拋光及加工鋁質(zhì)類材料,若將600#的細(xì)磨料和粗磨料按一定比例混合,混合后的混合料可增加加工介質(zhì)的穩(wěn)定性。
② 基料(拋光劑)
基料是一種高分子聚合物, 它具有流動(dòng)性好, 受溫度影響后性能變化小, 無(wú)毒, 對(duì)金屬無(wú)污染腐蝕, 長(zhǎng)期穩(wěn)定, 可與磨粒混合均勻等特性。據(jù)JIS標(biāo)準(zhǔn), 標(biāo)準(zhǔn)粘度的基料有四種,代號(hào)為50、1O0、200、300(數(shù)字小, 粘度大, 亦即流動(dòng)性差)。
③ 3)添加劑
根據(jù)不同的需要, 可在磨粒流加工介質(zhì)中添加不同的添加劑, 如退粘劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑等, 它們對(duì)調(diào)整加工介質(zhì)的粘性、可塑性及潤(rùn)滑性等有重要作用。
二、磁力研磨去毛刺
此法60年代起源于前蘇聯(lián)、保加利亞等東歐國(guó)家,80年代中期日車則對(duì)其機(jī)理和應(yīng)用作廠深入研究。
磁力研磨時(shí)將工件放入兩磁極形成的磁場(chǎng)中,在工件和磁極的間隙中放入磁性磨料,磨料在磁場(chǎng)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(chǎng)中旋轉(zhuǎn)井作軸向振動(dòng)時(shí),工件與磨料發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),磨料刷就對(duì)工件表面進(jìn)行研磨加工;磁力研磨法能夠高效、快速的對(duì)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(guó)外已可對(duì)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。
根據(jù)國(guó)外資料報(bào)道,預(yù)計(jì)磁力研磨法的應(yīng)用將會(huì)向以下幾個(gè)方面發(fā)展:
① 利用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)工件進(jìn)行研磨加工,這種方法適合于加工形狀復(fù)雜的零件;
② 研制開(kāi)發(fā)導(dǎo)磁性更好和強(qiáng)度、硬度更高的新型磁性磨料,進(jìn)一步提高加工效率;
③ 利用磁流體對(duì)形狀復(fù)雜的零件進(jìn)行研磨、去毛刺;
④ 利用永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)代替電磁鐵對(duì)零件進(jìn)行加工;
⑤ 進(jìn)一步提高研磨特性和完善研磨設(shè)備的設(shè)計(jì)。
三、電解去毛刺
電解去毛刺是一種化學(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(jiǎn)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 ~ 1 毫米)。工具陰極的導(dǎo)電部分對(duì)準(zhǔn)毛刺棱邊,其他表面用絕緣層覆蓋起來(lái),使電解作用集中在毛刺部分。加工時(shí)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(guò)工件與陰極之間。當(dāng)接通直流電源后,毛刺便產(chǎn)生陽(yáng)極溶解而被去除,被電解液帶走。電解液有一定腐蝕性,工件去毛刺后應(yīng)經(jīng)過(guò)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(shí)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(diǎn)是零件毛刺的附近也受到電解作用,表面會(huì)失去原有光澤,甚至影響尺寸精度。
電機(jī)及夾具時(shí)設(shè)計(jì)隨工件尖角部分與電極間的間隙以及加工形狀而異, 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn):
① 使電解液均勻的流入倒圓部分;
② 不用去毛刺的部分應(yīng)絕緣;
③ 零件和陰極的相互位置應(yīng)該準(zhǔn)確、可靠、不使零件與陰極偏心,也不會(huì)造成加工間隙不均勻。
四、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(shí)混合氣爆燃后產(chǎn)生的高溫將毛刺燒掉。
① 加工原理:將氧氣和氧氣或天燃?xì)夂脱鯕馔ㄈ胍粋€(gè)密閉的容器內(nèi), 經(jīng)火花塞點(diǎn)火, 使混合氣在瞬時(shí)內(nèi)爆燃放出大量的熱能而去除毛刺。但工件經(jīng)過(guò)燃爆燃燒后, 其氧化粉末會(huì)附著工件表面上, 必須加以清洗或酸洗。
② 由于去毛刺效果是各種物理性能的綜臺(tái)影響, 所以對(duì)去毛刺效果的影響較復(fù)雜, 總的說(shuō)來(lái)、熱力去毛刺效果好壞的次序可列為: 鋅、鑄鐵、鋼、鋁、銅鎳和鉻合金。
③ 加工參數(shù)對(duì)去毛刺效果的影響主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:
1) 燃?xì)饣旌媳龋?/p>
通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn), 鋼, 合金鋼、銅這些材料對(duì)氫氧混合比的要求并不嚴(yán)格, 但鋁合金零件卻對(duì)混合比十分敏感, 必須嚴(yán)格控制在一定范眉內(nèi)。
2) 充氣壓力
3) 裝填密度
五、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(kāi)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(wú)需借助清洗劑就可以在5~15分鐘內(nèi)同時(shí)完成:
① 去除微小毛刺,
② 改善顆粒度
③ 提高清潔度
④ 工件內(nèi)部深度去污
理論依據(jù):空化效應(yīng)是超聲波應(yīng)用的本質(zhì)特性,空化效應(yīng)指在超聲作用下,微氣泡表現(xiàn)出的各種形式的活性,這些微小氣泡或作非線性運(yùn)動(dòng)或在高壓作用下迅速增大、急劇壓縮、快速破裂或塌陷,發(fā)出強(qiáng)大的沖擊波;左圖為空穴形成至塌陷的模擬圖;右圖為空穴塌陷瞬間影像,空穴直徑約1毫米。
空化中,當(dāng)氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生的沖擊波強(qiáng)度最大;設(shè)氣泡膨脹時(shí)的最大半徑為Rm,氣泡閉合時(shí)的最小半徑為R,從膨脹到閉合,在距氣泡中心為1.587R處產(chǎn)生的最大壓力可達(dá)到Pmax=P04-4/3(Rm/R)3;當(dāng)R→0時(shí), Pmax→∞;根據(jù)上試的估算,局部壓力可達(dá)上千個(gè)大氣壓,由此可見(jiàn)空化產(chǎn)生的巨大作用。
液體中要求有一個(gè)最低的作用于液體的聲壓幅度才能形成超聲空化,這個(gè)最低聲壓幅值稱為空化域。例如當(dāng)超聲波頻率為15KHZ時(shí)要求產(chǎn)生空化的聲強(qiáng)需要0.16 W/cm2~2.6W/cm2,而普通超聲波設(shè)備的空化聲強(qiáng)只有0.5 W/cm2~0.8W/cm2不足以產(chǎn)生足夠的空穴,這也是為什么普通超聲波在演示時(shí)需要加入清洗劑,因?yàn)榍逑磩┛梢詭椭暡óa(chǎn)生空穴;而密鐳強(qiáng)力超聲波去毛刺清洗設(shè)備不依賴清洗劑產(chǎn)生的空化聲強(qiáng)可以達(dá)到3 W/cm2~3.5W/cm2,從而產(chǎn)生密集均勻分布的空穴 。
密鐳強(qiáng)力超聲波沖擊頻率為20000次/秒~80000次/秒不等;試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)密鐳強(qiáng)力超聲沖擊處理的試樣,其疲勞強(qiáng)度相對(duì)未沖擊試樣提高37.9%左右,其疲勞壽命是未沖擊試樣的1.85~11倍。密鐳強(qiáng)力超聲沖擊形成較大數(shù)值的有利于疲勞強(qiáng)度提高的表面壓應(yīng)力,同時(shí)改變了微觀組織,改善了毛刺與基體連接區(qū)域的組織,使沖擊處理后的連接疲勞強(qiáng)度得以顯著提高,殘留的毛刺根部在以后的產(chǎn)品使用中未出現(xiàn)脫落現(xiàn)象;同時(shí)去除了產(chǎn)品中的微小毛刺與浮毛刺,大幅度提高了產(chǎn)品的清潔度和顆粒度。
密鐳超聲波ISO執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):QW-MC-8.2.4-48。
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