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机械零部件加工中怎么处理毛刺问题?

机械零部件加工后的毛刺很烦人,不怕!这里有方案金属切削过程常常伴随着毛刺的生成。毛刺的存在不仅降低了工件的加工精度和表面质量,影响到产品的使用性能,有时甚至会引发事故。对于产生的毛刺问题,人们通常用去毛刺工序来解决。去毛刺是一个非生产性过程,它不仅增加产品成本,延长产品生产周期,而且毛刺去除不当还会导致整个产品报废,造成经济损失。
  本文对影响端铣毛刺形成的主要因素进行系统地分析,并从结构设计到制造加工全过程出发,探讨了减小和控制铣削毛刺的方法和技术。
  一、端铣加工中毛刺的主要形式
  按照切削运动——刀具切削刃毛刺分类体系,端铣过程中产生的毛刺主要有主刃两侧方向毛刺、侧边切出切削方向毛刺、底边切出切削方向毛刺及切入和切出进给方向毛刺五种形式。
一般而言 ,底边切出切削方向毛刺与其它毛刺相比具有尺寸大、去除困难的特点。为此,本文以底边切出切削方向毛刺作为主要研究对象开展研究。根据端铣中底边切出切削方向毛刺尺寸和形态的不同,又可将其分为如下三种:I型毛刺(尺寸较大,去除困难,去除费用较高),II型毛刺(尺寸较小,可以不去除或去除容易)和III型毛刺即负毛刺。
二、影响端铣毛刺形成的主要因素
  毛刺的形成是一个非常复杂的材料变形过程。工件材料特性、几何形状、表面处理、刀具几何形状、刀具切削轨迹、刀具磨损、切削参数及冷却液的使用等多种因素都直接影响毛刺的形成。图3为端铣毛刺影响因素框图。在具体的铣削条件下,端铣毛刺的形态和尺寸取决于各影响因素的综合作用,但不同的因素对毛刺的形成具有不同的影响。
三、刀具进入/退出
  一般情况下,刀具旋出工件时所产生的毛刺比刀具旋入工件时所产生的毛刺大。
  2、平面切出角
  平面切出角对底边切出切削方向毛刺的形成有很大的影响。平面切出角的定义为当切削刃旋出工件终端面时,在过切削刃上一点垂直铣刀轴线的平面内,该点的切削速度(刀具转速与进给速度的矢量合成)的方向与工件终端面方向之间的夹角。工件终端面的方向为从刀具旋入点指向刀具旋出点。如图5所示,Ψ为平面切出角,其范围0°<Ψ≤80°。
  试验结果表明:毛刺高度随着切削深度的变化而发生形式转变,即随着切削深度的增加毛刺由I型毛刺向II型毛刺转变。通常将产生II型毛刺的小铣削深度称为界限切削深度,用dcr 表示。图6显示了加工一种铝合金时平面切出角和切削深度对毛刺高度的影响。
3、刀尖退出顺序EOS
  在端铣过程中,毛刺尺寸在很大程度上取决于刀尖的退出顺序。如图6所示:A点为副切削刃上的点,C点为主切削刃上的点,B点为刀尖顶点。假设刀尖是锋利的,即不考虑刀尖圆弧半径。如果B-C边先退出工件,A-B边后退出工件,则切屑铰接在已加工表面上,随着铣削的进行,切屑被推出工件,形成尺寸较大的底边切出切削方向毛刺。如果A-B边先退出工件,B-C 边后退出工件,切屑铰接在过渡表面上,被切出工件,形成尺寸较小的底边切出切削方向毛刺。
  试验表明:
  ①使毛刺尺寸依次增大的刀尖退出顺序ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA。
  ②EOS所产生的结果是一样的,只是在相同的退出顺序下,塑性材料比脆性材料所产生的毛刺尺寸要大。刀尖退出顺序不仅与刀具几何形状有关,还与进给量、铣削深度、工件几何尺寸及切削条件等因素有关,是通过多种因素综合起来对毛刺的形成施加影响。
4、其它因素的影响
  ①铣削参数、铣削温度、切削环境等对毛刺的形成也会产生一定的影响,部分主要因素如进给速度,铣削深度等的影响通过平面切出角理论和刀尖退出顺序EOS理论体现出来,此不赘述;
  ②工件材料塑性越好,越易形成I型毛刺。在端铣脆性材料的加工过程中,如进给量或平面切出角较大,则有利于III型毛刺(亏缺)形成;
  ③当工件的终端面与已加工平面之间的角度大于直角时,因终端面支承刚度增强,能毛刺的形成;
  ④铣削液的使用有利于刀具寿命的延长,减小刀具磨损,润滑铣削过程,进而减小毛刺尺寸;
  ⑤刀具磨损对毛刺的形成有很大的影响,当刀具磨损到一定程度,刀尖圆弧增大,不仅刀具退出方向毛刺尺寸加大,刀具切入方向也会有型毛刺生成,其机理有待进一步深入研究。
  ⑥其它因素如刀具材料等对毛刺的形成也有一定的影响。在相同的切削条件下,金刚石刀具较其它刀具更有利于毛刺形成。
 

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