浅谈国内外零件去毛刺技术现状与前景

           

在金属、非金属零件的制造过程中, 会不同程度地产生毛刺。毛刺将影响航空零件

的检测、装配、使用性能、工作寿命等。

去毛刺的方法很多, 可将它们分为四大类:

(1)粗级(硬接触) 属于这一类的有切削、磨削、锉刀及刮刀加工等。

(2)普通级(柔软接触):属于这一类的有砂带磨、研磨、弹性砂轮磨削及抛光等。

(3)精密级(柔性接触): 属于这一类的有冲洗加工、电化学加工、电解磨削及滚动加工等。

(4)超精密级(精密接触):属于这一类的有磨粒流去毛刺、磁力研磨去毛刺、电解去毛刺、热能去毛刺以及密镭强力超声波去毛刺等, 这类去毛刺方法可获得足够的零件加工精度。

以上所述的第四大类去毛刺方式有个专属名词--特种加工,特种加工又被称为非传统或非常规加工,英译:Non-traditional(conventional) Machining,简写:NTM或NCM。 特种加工是利用特殊机械能、电能、化学能、电化学能、光能等进行加工的方法。

    当我们在选择去毛刺方法时,要考虑多方面的因素,例如零件材料特性、结构形状、尺寸的大小和精密程度,尤其要注意表面粗糙度、尺寸公差、变形以及残余应力等变化。

    下面具体说一下特种加工里面的几个方法:

一、磨粒流去毛刺

磨料流加工技术(AFM)是国外7O年代末发展起来的一项精饰去毛刺新工艺,此工艺特别适合于刚刚进入精加工阶段的毛刺,但是对于小而长的孔以及底部不通的金属模等均不宜加工。

AFM是靠机床所提供一定压力,强迫半固体状的呈粘弹性的磨料介质(硅树脂加添加剂)加压通过被加工零件表面,介质往复挤过工件的内外表面、边缘和孔道,以达到去毛刺、去锐边和抛光等光整加工的目的。这种加工方法有所谓的挤压珩磨(简称EH )和流体动力加工两种, 这二种方法的主要差别是所用加工介质及加工压力不同,EH通常是在105kgf/cm 高压下工作, 而流体动力加工是使用抛光剂, 在低压10~34kgf/cm 下加工,AFM加工的最小孔径为0.35mm,毛刺的最大厚度为0.3mm, 倒棱的最大半径为1~1.5mm。

影响磨粒流加工质量的因素很多, 关键是加工介质、机床和夹具。加工介质是由磨料、基料及添加剂等组成的。

① 磨料:氧化铝、碳化硅、碳化硼及金刚石、一般使用碳化硅较多, 它的切削性能好, 使用寿命长, 碳化硼价格虽贵, 但可获得较高的加工质量。金刚石价格最高, 但对研磨硬质合金之类的零件却是不可少的,近几年还采用了氮化硼磨料。根据毛刺的大小、孔的大小及表面粗糙度的要求,可选用20#~600#范围内的磨料,粗磨料的切削能力强,但表面粗糙度不好,细磨料用于抛光及加工铝质类材料,若将600#的细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质的稳定性。

② 基料(抛光剂)

基料是一种高分子聚合物, 它具有流动性好, 受温度影响后性能变化小, 无毒, 对金属无污染腐蚀, 长期稳定, 可与磨粒混合均匀等特性。据JIS标准, 标准粘度的基料有四种,代号为50、1O0、200、300(数字小, 粘度大, 亦即流动性差)。

③ 3)添加剂

根据不同的需要, 可在磨粒流加工介质中添加不同的添加剂, 如退粘剂、增塑剂、润滑剂等, 它们对调整加工介质的粘性、可塑性及润滑性等有重要作用。

二、磁力研磨去毛刺

    此法60年代起源于前苏联、保加利亚等东欧国家,80年代中期日车则对其机理和应用作厂深入研究。

    磁力研磨时将工件放入两磁极形成的磁场中,在工件和磁极的间隙中放入磁性磨料,磨料在磁场力的作用下沿磁力线方向整齐排列,形成一只柔软且具有一定刚性的磁研磨刷,当工件在磁场中旋转井作轴向振动时,工件与磨料发生相对运动,磨料刷就对工件表面进行研磨加工;磁力研磨法能够高效、快速的对零件进行研磨和去毛刺,适用于各种材料、多种

尺寸、多种结构的零件,是一种投资少、效率高、用途广、质量好的精加工方法。目前国外已可对旋转体内外表面、平板类零件、齿轮轮齿、复杂型面等进行研磨和去毛刺,去除导线线材上的氧化皮,清理印制电路板等。

    根据国外资料报道,预计磁力研磨法的应用将会向以下几个方面发展:

①  利用旋转磁场对工件进行研磨加工,这种方法适合于加工形状复杂的零件;

② 研制开发导磁性更好和强度、硬度更高的新型磁性磨料,进一步提高加工效率;

③ 利用磁流体对形状复杂的零件进行研磨、去毛刺;

④ 利用永久磁铁产生的磁场代替电磁铁对零件进行加工;

⑤ 进一步提高研磨特性和完善研磨设备的设计。

三、电解去毛刺

    电解去毛刺是一种化学去毛刺方法, 它可去除机械加工, 磨削加工及冲压加工后的毛刺,并使金属零件尖边倒圆或倒棱。

    利用电解作用去除金属零件毛刺的一种电解加工方法,英文简称 ECD 。将工具阴极(一般用黄铜)固定放置在工件有毛刺的部位附近,两者相距一定的间隙(一般为 0.3 ~ 1 毫米)。工具阴极的导电部分对准毛刺棱边,其他表面用绝缘层覆盖起来,使电解作用集中在毛刺部分。加工时工具阴极接直流电源负极,工件接直流电源正极。压力为 0.1 ~ 0.3 兆帕的低压电解液 ( 一般用硝酸钠或氯酸钠水溶液 ) 流过工件与阴极之间。当接通直流电源后,毛刺便产生阳极溶解而被去除,被电解液带走。电解液有一定腐蚀性,工件去毛刺后应经过清洗和防锈处理。电解去毛刺适用于去除零件中隐蔽部位交叉孔或形状复杂零件的毛刺,生产效率高,去毛刺时间一般只需几秒至几十秒。这种方法常用于齿轮、花键、连杆、阀体和曲轴油路孔口等去毛刺,以及尖角倒圆等。缺点是零件毛刺的附近也受到电解作用,表面会失去原有光泽,甚至影响尺寸精度。

    电机及夹具时设计随工件尖角部分与电极间的间隙以及加工形状而异, 设计时应注意以下三点:

① 使电解液均匀的流入倒圆部分;

② 不用去毛刺的部分应绝缘;

③ 零件和阴极的相互位置应该准确、可靠、不使零件与阴极偏心,也不会造成加工间隙不均匀。

四、热能去毛刺

   热力去毛刺(TED )是用氢氧气体或氧与天然气形成时混合气爆燃后产生的高温将毛刺烧掉。

① 加工原理:将氧气和氧气或天燃气和氧气通入一个密闭的容器内, 经火花塞点火, 使混合气在瞬时内爆燃放出大量的热能而去除毛刺。但工件经过燃爆燃烧后, 其氧化粉末会附着工件表面上, 必须加以清洗或酸洗。

② 由于去毛刺效果是各种物理性能的综台影响, 所以对去毛刺效果的影响较复杂, 总的说来、热力去毛刺效果好坏的次序可列为: 锌、铸铁、钢、铝、铜镍和铬合金。

③ 加工参数对去毛刺效果的影响主要体现在以下三个方面:

1) 燃气混合比:

通过试验研究发现, 钢, 合金钢、铜这些材料对氢氧混合比的要求并不严格, 但铝合金零件却对混合比十分敏感, 必须严格控制在一定范眉内。

2) 充气压力

3) 装填密度

五、密镭强力超声波去毛刺

    密镭强力超声波去毛刺技术是近几年开始流行的一种去毛刺方法,仅仅就附属的清洗效率是普通超声波清洗机的10~20倍,空穴在水槽内均匀密布,使超声波无需借助清洗剂就可以在5~15分钟内同时完成:

① 去除微小毛刺,

②  改善颗粒度

③  提高清洁度

④  工件内部深度去污

    理论依据:空化效应是超声波应用的本质特性,空化效应指在超声作用下,微气泡表现出的各种形式的活性,这些微小气泡或作非线性运动或在高压作用下迅速增大、急剧压缩、快速破裂或塌陷,发出强大的冲击波;左图为空穴形成至塌陷的模拟图;右图为空穴塌陷瞬间影像,空穴直径约1毫米。

    空化中,当气泡闭合时产生的冲击波强度最大;设气泡膨胀时的最大半径为Rm,气泡闭合时的最小半径为R,从膨胀到闭合,在距气泡中心为1.587R处产生的最大压力可达到Pmax=P04-4/3(Rm/R)3;当R→0时, Pmax→∞;根据上试的估算,局部压力可达上千个大气压,由此可见空化产生的巨大作用。

    液体中要求有一个最低的作用于液体的声压幅度才能形成超声空化,这个最低声压幅值称为空化域。例如当超声波频率为15KHZ时要求产生空化的声强需要0.16 W/cm2~2.6W/cm2,而普通超声波设备的空化声强只有0.5 W/cm2~0.8W/cm2不足以产生足够的空穴,这也是为什么普通超声波在演示时需要加入清洗剂,因为清洗剂可以帮助超声波产生空穴;而密镭强力超声波去毛刺清洗设备不依赖清洗剂产生的空化声强可以达到3 W/cm2~3.5W/cm2,从而产生密集均匀分布的空穴 。

    密镭强力超声波冲击频率为20000次/秒~80000次/秒不等;试验的统计结果表明,经过密镭强力超声冲击处理的试样,其疲劳强度相对未冲击试样提高37.9%左右,其疲劳寿命是未冲击试样的1.85~11倍。密镭强力超声冲击形成较大数值的有利于疲劳强度提高的表面压应力,同时改变了微观组织,改善了毛刺与基体连接区域的组织,使冲击处理后的连接疲劳强度得以显著提高,残留的毛刺根部在以后的产品使用中未出现脱落现象;同时去除了产品中的微小毛刺与浮毛刺,大幅度提高了产品的清洁度和颗粒度。

 

   密镭超声波ISO执行标准:QW-MC-8.2.4-48。

 

以上文章如需转载请注明以下出处:

常州密镭超声波设备有限公司

地址: 江苏省常州市戚墅堰区梅港东路B1号

Tel: +86-519-8506 5776   Fax: +86-519-8506 5778

Mail: ran@mirror-ultrasonic.com.cn  Website: www.mirror-ultrasonic.net

Infuse into world-class quality for “Made in China”!


 

 
 
密镭超声波有限公司 版权所有©2007