交叉孔相贯面加工毛刺的去除方法研究现状

交叉孔相贯面加工毛刺的去除方法研究现状

禹业晓

国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 广东省广州市 510555

摘要：针对工件交叉孔在加工过程中形成的毛刺，会影响到工件的使用，目前主要采用手工或采用一定的机械工具去除，但具有不可避免的缺陷，鉴于此，研究了交叉孔毛刺去除的新方法包括电解去毛刺、高压水去毛刺、化学去除毛刺、超声波去除毛刺以及激光热作用去毛刺。

关键词：交叉孔；毛刺去除；电解；高压水；化学、超声波、激光

1引言：

金属工件机械加工后，表面经常存在尖角、毛刺等突起，而如柴油发动机等工件加工中交叉孔等部位的毛刺更为突出，而这些毛刺除了对零件性能、精度有不利影响，还会缩短零件使用寿命；此外，产品装配时，如果有毛刺会导致各个机构相互干涉，甚至卡死，因此需要将这些尖角和毛刺去除。传统的毛刺去除法是手工操作，操作工戴着胶手套，使用砂纸、砂布、油石、锉刀等工具，通过物理的方法直接去除，但劳动强度大，效率低，工件的毛刺和尖锐部位容易伤害操作操作工人。虽然可以采用机械方法去除毛刺，但只是动力的改变，其工作原理与手工操作相同，所以与手工操作具有共同的不足。

上述去除毛刺方式主要依靠操作者自身技能水平，通过手工操作工具与工件相贯孔相贯处毛刺进行硬接触，利用工具比零件硬度高的特点去除毛刺。具有以下缺点： 1、在操作过程中由于人工施加力大小和方向波动较大，易造成毛刺去除不彻底，在大批量生产时工序能力得不到保障。 2、每次操作工具去毛刺时，工具相对零件的位置波动大，工具与零件内孔壁接触会划伤工件内孔壁，影响产品质量。 3、在进行大批量生产时操作者容易疲劳、疏忽，使零件毛刺去除质量得不到保证，并增加操作者劳动强度。 4、手工操作加工效率低，不利于批量生产。

2交叉孔毛刺去除新方法研究

交叉孔毛刺采用传统去除方法已显现其不足，新的毛刺去除方法逐渐被研究出来并采用，主要有电解去毛刺、高压水去毛刺、化学去除毛刺、超声波去除毛刺以及激光热作用去毛刺等。

2.1 电解去除毛刺

电解去毛刺是利用电、化学的作用，通常应用在零件内部深处、狭窄部分、形状复杂的部位，就是利用金属在电解液中可以发生阳极溶解的原理。去毛刺时，将工具电极接直流电源负极，零件接直流电源正极，使工具电极对准零件毛刺根部，在零件毛刺与工具电极之间通入流动的电解液。电解过程可以将金属材料由单质态变为离子态，进而与金属材料脱离，它适合精密零件中的细小毛刺，具有设备简单、操作容易等优点，但电解后零件的表面会形成一层氧化膜，不同的电解液形成的氧化膜的性质、厚度和颜色都不同，必须选择恰当的复合电解液和进行后处理相结合的办法解决了零件变色问题。

2.2 高压水去毛刺

高压水去毛刺就是通过选用与工件形状相适应的喷嘴，利用高压泵等使水流高速喷向零件毛刺部位，利用水的冲击力来去除毛刺的一种工艺方法，操作简单，适合内孔毛刺去除。经济有效，而且它对工件的损伤小，不存在像刷式去毛刺那样，对工件造成不可避免的损伤问题，具有一定的柔性，但对水的压力有较高的要求，去除细微的毛刺时，所需液压力为3MPa，对于去除很厚的毛刺，常常需要100MPa左右的压力，甚至更高。由于水的压力达不到足够高，难以去除较厚的毛刺和高强度材料的毛刺，因此限制此技术的使用，此外，针对交叉孔毛刺去除时，在沿交叉孔的一端开口使用高压水流冲洗交汇处时，水流正向地撞击交叉孔交汇处的内壁后反弹，出现返渣现象，即部分毛刺随回弹的水流从被冲刷端的开口流出，滞留在工件表面，而不是从交叉孔的另一端开口随水流喷射出去，因此需要二次清理工件表面残留的返渣带出的毛刺。

2.3 化学去除毛刺

由于硫粉与铁粉在加热的条件下，可以发生化学反应生成硫铁化合物。化学去除毛刺就是利用毛刺物性与铁粉极为相似的特点，借用上述化学反应原理来去除毛刺。其基本原理是，先将将硫粉倒入孔底部，其添加量以覆盖毛刺区域为宜；再倒入硫铁反应引发剂，其添加量需能够覆盖硫粉堆积形成的上表面；将废气收集装置安装在孔口处；用激光笔或其他热源透过废气收集装置照射硫铁反应引发剂，将硫铁反应引发剂点燃，为硫粉与毛刺反应提供热量；当孔内硫粉消耗殆尽后，此时毛刺与硫粉的反应也结束，冷却后清洗细长孔，以去除去毛刺过程中所产生的反应生成物等，即可实现去除细长孔内毛刺；这一方法具有限制性，大多仅用于工件材质为铁质的交叉孔毛刺去除。

2.4超声波去除毛刺

超声波去除毛刺是基于超声波原理，针对复杂壳体零件上深小孔的技术要求，设计超声波超硬磨料去毛刺工具，使去毛刺超声磨头的超声频机械振动振幅最大，实现长径比大于20，直径小于Φ3深小孔毛刺快速、高质量的去除。该方法利用超声能量通过加工介质对零件进行加工的方法，具体将交流电转化为超声频的机械振动，通过变幅杆将该振幅放大，传递给振动传递杆，带动其上的超硬磨料产生纵向振动，以很大的速度不断冲击被加工表面，产生极大的单位面积压力，使毛刺材料变形、破裂、 成为无数微粒被切离下来，达到去除交叉孔毛刺的目的。与传统手工去毛刺和其它去毛刺相比，超声波去毛刺具有以下优势：可以加工手工刀具难以达到的部位；人为和环境的影响因素小，毛刺去除均匀、彻底， 加工精度和加工质量易于保证和控制，毛刺去除程度一致，去毛刺部位的形状保持一致；适合加工复杂壳体零件中小孔径、大长径比的孔，尤其是Φ3以下的孔；加工时间短，加工效率提高50％～70％以上。

2.5 激光热作用去除毛刺

激光热作用去毛刺是利用激光热效应来去除毛刺的，其基本原理就是利用强度高、能量 密度大的激光对零件上的毛刺部位扫描，使毛刺熔化、气化，最终使毛刺去除。激光热作用去毛刺，具有效率高、适用范围广，但激光热作用在去除毛刺的同时，也使基体组织受到损伤。随后研究出了利用激光诱导冲击波或热力耦合作用去除毛刺，很好的解决了普通激光热作用去除毛刺存在的缺点。

激光冲击波或热力耦合作用去除毛刺的原理是：由激光发生器产生激光脉冲，经导光系统辐照在反射锥的吸收层上，吸收层吸收激光的能量后汽化、电离、形成等离子体，等离子体继续吸收激光能量后爆炸，产生高幅冲击波，以此或借助流体介质去除零件内孔表面的毛刺。由于脉冲激光参数受控可调，脉冲能量可从几焦耳可调至几百焦耳，因而诱导的冲击波的峰值压力变化的范围较大，最大值可高达几十个GPa，因此既可去除细小的毛刺，又可去除粗大的毛刺；而且激光光斑尺寸可聚焦至毫米量级甚至微米量级，可根据零件的孔的尺寸来调整激光光斑尺寸，具有较大的柔性；采用激光诱导的冲击波的冲击力对毛刺去除，属于非接触式去毛刺，避免采用刀具去毛刺时对其表面造成损伤；激光冲击波在工作时，受零件内壁反射，可再进行二次加载，且水或油等流体作为冲击波的传播介质，延缓了冲击波的衰减，在去除毛刺的同时，对孔的表面进行冲击强化，使工件抗疲劳性能和抗应力腐蚀性能大幅提高。

结论

研究了交叉孔毛刺去除的新方法包括电解去毛刺、高压水去毛刺、化学去除毛刺、超声波去除毛刺以及激光热作用去毛刺，并研究了不同方法去除毛刺的特点和适用场景，在具体的工程实践中可以根据不同具体情况选用不用的去除方法。

参考文献：

[1] 王婕,郭炜,高瑞杰,池宪. 深小孔超声复合去毛刺技术研究[J].航空科学技术,2010(04):44-46.

[2] 刘晓,李林洮,赵光志,陶沙,陈慰冰. 运载火箭阀门交叉孔去毛刺特种加工技术[J].电加工与模具,2018(06):58-61.

[3] 李健,郭艳玲,朱勋鹏,王海滨. 自动电解去内交叉孔毛刺装置及实验研究[J].第15界全国特种加工学术会议论文集（下）,91-94.