金屬切削毛刺形成機理及去除方法綜述

卓小文 梅源 周欣悅 趙漢青

摘要：本文介紹了金屬切削加工過程中毛刺形成機理的研究現(xiàn)狀，針對不同的去除原理，國內(nèi)外有包括人工、磨粒、化學(xué)能、電能、熱能及磁能六大類一百多種去除方法，本文對常用的去毛刺技術(shù)，如擠壓珩磨法、超聲波去毛刺法、電化學(xué)去毛刺等技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行系統(tǒng)的概述與介紹，最后提出去毛刺研究的發(fā)展趨勢并分析若干待解決的問題。

關(guān)鍵詞：?機理研究?去毛刺工藝?電化學(xué)?研究現(xiàn)狀

中圖分類號：TG506

An?Overview?of?the?Formation?Mechanism?and?Removal?Methods?of?Metal?Cutting?Burrs

ZHUO?Xiaowen??MEI?Yuan??ZHOU?Xinyue??ZHAO?Hanqing

School?of?Automobile?and?Aviation，?Wuhu?Institute?of?Technology，?Wuhu，?Anhui?Province，?241000?China

Abstract：?This?article?introduces?the?research?status?of?the?formation?mechanism?of?burrs?in?the?metal?cutting?manufacture?process.?For?different?removal?principles，?there?are?more?than?100?removal?methods?in?six?categories?at?home?and?abroad，?including?manual，?abrasive?and?chemical，?electrical，?thermal?and?magnetic?energy?methods.?This?article?provides?a?systematic?overview?and?introduction?of?the?development?status?of?commonly-used?deburring?technologies?such?as?extrusion?honing，?ultrasonic?deburring?and?electrochemical?deburring，?and?finally，?it?proposes?the?development?trend?of?deburring?research?and?analyzes?some?issues?to?be?solved.

Key?Words：?Mechanism?research;?Deburring?process;?Electrochemistry;?Research?status

毛刺的產(chǎn)生是金屬切削加工過程中的普遍現(xiàn)象之一。毛刺（金屬毛刺）主要指在不同形式的機械加工過程中，殘留在零件的表面主要包括棱、角、邊上的本應(yīng)該被去除的各種不規(guī)則的金屬部分[1-2]。近年來，隨著自動化加工等機械制造技術(shù)對高精度零件的要求越來越高，人們發(fā)現(xiàn)毛刺的存在直接影響了零件的生產(chǎn)、使用、裝配以及美觀。

1毛刺產(chǎn)生的機理研究

金屬切削毛刺的形成受到切削角度、控制切削速度、控制金屬切削力度等原因的影響[3-4]。自1958年以來，學(xué)者用不同的方式表述切削毛刺的機理[5-7]。在國內(nèi)，1988年，江蘇大學(xué)王貴成教授以切削運動-刀具切削刃為參照系，把切削毛刺分為如圖1所示的三類，揭示了切削方向毛刺和負毛刺的界限轉(zhuǎn)換條件，建立了不同形態(tài)的毛刺的切削模型，并進行了系統(tǒng)的理論探究，同時對切削過程中毛刺的生成和變化做了大量的實驗研究[6，8-10]。

2?去毛刺常用的方法

針對不同的去除原理，國內(nèi)外專家學(xué)者提出了包括人工、磨粒、化學(xué)能、電能、熱能及磁能的六大類超過100多種去毛刺方法，常用的去毛刺方法主要有以下幾種。

2.1擠壓珩磨法

此法適用于去除復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件表面及不規(guī)則結(jié)構(gòu)的內(nèi)孔的毛刺。將處于半流動狀態(tài)的粘性磨粒，放置在特制的夾具中，通過兩端的氣缸產(chǎn)生的壓力推動磨粒來回摩擦被加工零件的型腔來去除零件上的毛刺。1988年，我國實現(xiàn)了黏性磨料的國產(chǎn)化[11]。并通過實驗證明了擠壓珩磨對去除回轉(zhuǎn)類零件外形曲面毛刺和去除微小孔鉆削毛刺能起到很好的效果[12-13]。

2.2超聲波去毛刺法

該方法是將待加工零件與磨粒放置在特定容器中，運用“空化現(xiàn)象”產(chǎn)生巨大的沖擊力激發(fā)磨粒與工件的高頻振動，將毛刺變成粉末，從而達到去除毛刺的目的。甘露華等人進行超聲波小孔去毛刺的試驗，驗證了此方法的可行性[14]。張漢辰等人利用有限元軟件從理論上驗證了超聲波去毛刺的可行性[15]。中國電子科技集團公司第十研究所林奈利用超聲波去除鋁合金毫米波波導(dǎo)器件的微細毛刺，實現(xiàn)了毫米波波導(dǎo)器件無損傷去毛刺要求[16]。

2.3電化學(xué)去毛刺

該方法是利用電化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)陽極金屬以沉淀的方式逐漸減少的一種加工方式。付仙良[17]、李豪威等人[18]通過實驗發(fā)現(xiàn)電化學(xué)去毛刺對于定點去毛刺效率較高且對純鉬和純鈦的加工上有著很明顯的效果的結(jié)果。徐文驥[19]等人采用電化學(xué)方法對直徑1mm以下的微小孔毛刺去除進行了研究，結(jié)果表明可以有效的去除微小孔的毛刺。

3去毛刺研究的發(fā)展趨勢

3.1機器人去毛刺技術(shù)

由于去毛刺加工環(huán)境較為復(fù)雜，機器人的控制器需要根據(jù)環(huán)境的不同做出相應(yīng)的反應(yīng)，機器人去毛刺的技術(shù)也在不斷進步并廣泛應(yīng)用于精密零件制造[20]。J.?Baeten實現(xiàn)了精確的跟蹤工件輪廓[21]。張志民[22]等開發(fā)出一套機器人去毛刺系統(tǒng)，通過更改參數(shù)及夾具即可用來進行不同形狀的梯形毛刺去除。周洪波[23]提出了一種蠕動式管道橫孔去毛刺機器人系統(tǒng)，可精確的去除石油管道外部毛刺。我國有多家研究機構(gòu)和公司相繼推出去毛刺機器人，但還沒有大規(guī)模成熟的可以滿足市場需求的機器人組合單元投入市場，我國在機器人去毛刺領(lǐng)域的研究與國外還有很大差距。

3.2復(fù)合加工去毛刺

為解決微細孔特別是深孔相貫線等可達性差區(qū)域的毛刺去除問題棘手的問題，單一的去毛刺方法有時并不能達到很好的要求。因此，研究者開發(fā)出多種復(fù)合加工去毛刺方法。遼寧科技大學(xué)先進磨削技術(shù)研究所陳燕[24]將超聲波輔助加工方式與磁力研磨加工結(jié)合起來，發(fā)現(xiàn)毛刺材料去除率高且加工效率較單純磁力研磨工藝提高了約50%。PAJAK等人[25]將激光加工方法應(yīng)用在噴射電解加工上進行試驗研究，結(jié)果表明：電解激光復(fù)合加工可以得到較高的加工精度和表面質(zhì)量。在實際應(yīng)用中，復(fù)合加工可以避免單一加工可能出現(xiàn)的變質(zhì)層等缺陷，隨著復(fù)合加工去毛刺工藝向智能化的方向發(fā)展，必將在各種機械加工過程中得到更廣泛的發(fā)展[26]。

3.3少無毛刺技術(shù)

該技術(shù)是指在加工過程中采取一定的方法把切削毛刺控制在零件公差允許的范圍之內(nèi)。切削加工時，首先基于精度準(zhǔn)則，將毛刺控制在不影響工件表面尺寸的程度，若不能滿足精度加工，則采取效率原則，即采取各種辦法將毛刺尺寸控制在較為容易去除的程度，若無法滿足精度準(zhǔn)則和效率準(zhǔn)則，采取位置準(zhǔn)則將毛刺控制在對零件使用性能影響較小的區(qū)域。少無毛刺加工技術(shù)主要包括圖2中的方法[27]。少無毛刺加工技術(shù)研究仍處在初始階段，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，特別是ANSYS分析技術(shù)的不斷深入研究，少無毛刺技術(shù)在微細加工領(lǐng)域的應(yīng)用將越發(fā)深入，各種少無毛刺加工相關(guān)的新方法、新工藝不斷被研發(fā)出來。

4去毛刺研究有待解決的問題

4.1毛刺形成機理有待進一步研究

某些特定情況的局限，尚未建立具有普遍適用性的模型。隨著機械加工方式向微細領(lǐng)域發(fā)展，對零件表面精度提出了更高的要求，必須不斷深入研究毛刺的生成機理。

4.2毛刺的形成預(yù)測理論尚不完備

刺的形成涉及材料力學(xué)、彈性力學(xué)、切削力學(xué)等多門學(xué)科知識，目前所建立的毛刺預(yù)報模型多注重于某一個方面，不能有效的預(yù)測多種形態(tài)毛刺的生成和不同形態(tài)毛刺之間的轉(zhuǎn)換問題，毛刺形成的預(yù)測理論分析尚需深入研究。

4.3毛刺測量方法和儀器的開發(fā)

現(xiàn)有方法均耗時較長且對零件表面形貌會造成一定損傷，應(yīng)該研究更精確的微小毛刺測量方法和儀器，實現(xiàn)對毛刺的精確無損測量。

5結(jié)語

本文通過對金屬切削毛刺的形成機理和去除方法研究，分析去毛刺研究的發(fā)展趨勢，發(fā)現(xiàn)問題，為去除金屬切削毛刺的后續(xù)研究提供思路和研究方向，為提高金屬切削工件精確度、提高工件加工質(zhì)提供研究基礎(chǔ)。

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