熱塑性塑料件毛刺去除工藝方法的有效性研究

焦旭邦，林海，焦克龍

(1.貴州振華群英電器有限公司(國(guó)營(yíng)第八九一廠)，貴州 貴陽(yáng) 550018;2.貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008)

熱塑性塑料是現(xiàn)代工業(yè)和制造業(yè)常用的加工材料之一，在人們?nèi)粘Ｉ钪芯哂惺謴V泛的用途。在熱塑性塑料件加工過(guò)程中極易出現(xiàn)毛刺。毛刺是指在機(jī)械或塑料件加工過(guò)程中，在工件表面或者邊緣過(guò)渡處，出現(xiàn)的各類尖角毛邊。熱塑性塑料件加工的本質(zhì)，可以說(shuō)就是表面的加工層在金屬刀具前，受到擠壓而產(chǎn)生剪切作用，最后發(fā)生形變的過(guò)程。工件的角落或者某些特殊部分，被切割后，會(huì)產(chǎn)生較大的塑性變換，并在切割斷裂后，使其一部分表面材料滯留于邊角棱邊，就形成了毛刺，這種毛刺會(huì)影響后期加工。傳統(tǒng)的毛刺去除方式一般是讓工人利用鋸片刀進(jìn)行手工打磨，這樣的去刺方式不僅效率低下，毛刺去除效果也十分不理想。在后續(xù)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，一旦未清除干凈的毛刺落入產(chǎn)品結(jié)構(gòu)內(nèi)部，很有可能導(dǎo)致產(chǎn)品整體失效，從而造成大量經(jīng)濟(jì)損失。隨著現(xiàn)代加工業(yè)的發(fā)展，對(duì)熱塑性塑料件制作精度要求越來(lái)越高，如何有效去除毛刺，成為熱塑性塑料件生產(chǎn)過(guò)程中必須解決的難題，所以必須研發(fā)一種新的熱塑性塑料件毛刺去除工藝，保證后續(xù)生產(chǎn)的順利進(jìn)行[1]。

1 研磨機(jī)光飾毛刺去除工藝原理

傳統(tǒng)的塑料件毛刺去除工藝是在塑料件生產(chǎn)完畢后，利用手工工具進(jìn)行打磨，工作量巨大且效果很差。而本次設(shè)計(jì)的研磨機(jī)光飾去毛刺工藝，主要是在塑料件注塑成型后，先去除塑料件表面澆口，再摻入棱形或矩形磨料、光飾材料和一定比例的水，混入研磨機(jī)，進(jìn)行打磨操作。其具體步驟結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖1所示。

圖1 塑料件毛刺去除工藝對(duì)比圖

2 研磨機(jī)光飾毛刺去除工藝操作

2.1 塑料件澆口去除

塑料注塑成型后，塑料件表面有會(huì)出現(xiàn)大量塑料澆口需要進(jìn)行去除?，F(xiàn)階段我國(guó)國(guó)內(nèi)工廠常用的工件澆口去除方法有砂輪切割、電鋸切、輕錘、剪切、火焰切等。因?yàn)獒槍?duì)主體是塑料件，所以最終選定利用工砂輪去除的方式進(jìn)行澆口去除。首先需要工作人員對(duì)塑料件進(jìn)行區(qū)域分解，將澆口出現(xiàn)的位置根據(jù)其分布的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和塑料件構(gòu)造，進(jìn)行區(qū)域劃分，然后利用澆口砂輪片進(jìn)行澆口處理。值得一提的是，針對(duì)不同的澆口區(qū)域必須選擇不同砂輪片[2]。具體操作步驟為：將塑料原件正面表層按照澆口分布劃分為A、B、C三個(gè)區(qū)域，A區(qū)內(nèi)澆口為大型澆口，包括起伏較大，存在澆口拐角，用砂輪片進(jìn)行澆口去除時(shí)，可以加大力度，大面積去除。B區(qū)域內(nèi)澆口為開闊型澆口，澆口淺而寬，澆口背型形狀起伏較為平緩，運(yùn)用一般去除方式即可，C區(qū)域內(nèi)澆口為閉合型澆口，澆口狹小且處于閉合狀態(tài)，在進(jìn)行澆口去除時(shí)必須選擇細(xì)小型砂輪片，先將澆口打開，然后去除。目前我國(guó)澆口砂輪切割技術(shù)雖然具有適用范圍廣、效率高等優(yōu)勢(shì)，但是總體技術(shù)水平依然比較落后，市場(chǎng)上大部分砂輪澆口切割機(jī)為手動(dòng)砂輪切割和腳踏式砂輪切割，針對(duì)塑料件本身獨(dú)有的材料特征，以上兩種砂輪切割方式均容易造成，塑料件損害，所以使用的是較為現(xiàn)金的液壓驅(qū)動(dòng)半自動(dòng)砂輪切割機(jī)，事實(shí)證明效果極佳[3]。

2.2 光飾磨料加工

現(xiàn)代市場(chǎng)上及工廠企業(yè)使用的研磨機(jī)大多為臥式離心光飾機(jī)和旋轉(zhuǎn)流光飾機(jī)，其實(shí)際功效均包括：去刺和光飾兩部分。這類光飾機(jī)的去刺原理，主要就是通過(guò)磨料和零件之間在光飾機(jī)內(nèi)部進(jìn)行振動(dòng)摩擦，在添加劑和水以及光飾劑的拋光清洗作用下，去除工件毛刺。磨料形狀以矩形或菱形居多此外還有三角形、圓柱形和圓錐形，制作材質(zhì)大多選擇天然磨料如：石英石、白卵石、碳化硅、硬質(zhì)金屬等。此外，在光飾桶內(nèi)，為了保證磨料研磨充分和工件光飾，需要加入添加劑，常用的添加劑為碳酸鈉溶液和肥皂水等。

其具體步驟為：在對(duì)熱塑性塑料件澆口去除完畢后，清洗表面油污和塑料碎屑、確保塑料件清潔。然后將塑料工件和剛玉棱形、矩形磨料按照一定的體積配比，裝入入旋光飾機(jī)的光飾桶內(nèi)，塑料件和水的體積比例為1:5左右，進(jìn)行第一次光飾研磨操作，時(shí)間設(shè)定為50 min。研磨完畢后，再次添加磨料，充分混合后裝入研磨機(jī)，研磨時(shí)間在60～80 min左右。等到設(shè)備再次停止運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行工件磨料分離工作，并清理滾筒，清洗工件。將取出塑料件進(jìn)行毛刺檢測(cè)，對(duì)于一些處在狹小處或者質(zhì)地較硬的毛刺，可以手工處理。處理完畢后，將工件與高頻研磨材料按照1:3的配比放入光飾機(jī)滾筒，隨后添加柔亮添加劑，啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行光飾處理，時(shí)間為30 min左右。

設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，需要靜待30 min，保證光是材料沉淀完畢，隨后進(jìn)行工件和高頻磨料分離工作，利用超聲波清理設(shè)備進(jìn)行工件清洗，并將塑料件放入氧化液內(nèi)浸泡20 min取出脫水，最終完成毛刺去除[4]。

3 研磨機(jī)光飾毛刺去除工藝的特點(diǎn)

加工質(zhì)量好。因?yàn)橛幸后w介質(zhì)的加入，光飾材料可以充分接觸毛刺，可以對(duì)塑料件表面毛刺進(jìn)行充分光飾打磨。在進(jìn)行毛刺去除和光飾打磨加工時(shí)，更易去除頑固大型毛刺。另外，經(jīng)過(guò)光飾處理處理后，磨料研磨毛刺時(shí)不會(huì)留下毛刺口，塑料件表面也會(huì)更加光滑。

加工效率高。因?yàn)閹缀跬耆饤壛藗鹘y(tǒng)去毛刺技術(shù)的手工操作，全程采用機(jī)械操作，所以不僅節(jié)省了人力手工資源還大大提高了工作效率。

通用性和適應(yīng)性好。整套去除工藝因?yàn)闆]有多余限制，對(duì)于各類形狀的熱塑性塑料件均可以使用。尤其是對(duì)表面具有深孔、盲孔、細(xì)小孔的塑料件，傳統(tǒng)手工去除難以完成毛刺去除，而研磨機(jī)光飾毛刺去除工藝可以完全解決這一難題，因?yàn)橛兴拇嬖冢心ゲ牧虾凸怙棽牧峡梢陨钊爰?xì)孔，對(duì)一些手工難以達(dá)到的細(xì)微孔也可以進(jìn)行研磨操作，通用性和適應(yīng)性極強(qiáng)。

生產(chǎn)投入低。傳統(tǒng)手工毛刺去除，雖然沒有額外的機(jī)械電力投入，但是大量的人力成本依然加大了毛刺去除的總成本。而研磨機(jī)光飾毛刺去除工藝雖然需要儀器設(shè)備的支持和電力支持，但是大大節(jié)約了人力成本，所以對(duì)于總成本來(lái)說(shuō)實(shí)際上是降低了生產(chǎn)投入[5]。

4 研磨機(jī)光飾毛刺去除工藝效果實(shí)驗(yàn)

為了檢測(cè)研磨機(jī)光飾毛刺去除工藝的真實(shí)效果，和傳統(tǒng)手工去毛刺進(jìn)行效率對(duì)比，特進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。評(píng)價(jià)指標(biāo)有兩點(diǎn)：第一塑料件毛刺去除效率；第二塑料件毛刺去除效果[6]。

4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和原料選擇

實(shí)驗(yàn)原料為20個(gè)體積為0.75 m3，磨料選擇國(guó)內(nèi)常規(guī)棱形磨料。光飾材料選擇為無(wú)錫市精工材料廠提供的專用研磨光飾材料。研磨機(jī)選擇昆山市離心毛刺光飾研磨機(jī)。詳情如圖2所示。

圖2 研磨機(jī)示意圖

4.2 實(shí)驗(yàn)步驟

在實(shí)驗(yàn)前需要將塑料件按照表面毛刺數(shù)量進(jìn)行篩查，為了檢測(cè)兩種方式的工作效率，將20個(gè)塑料件篩查后分成兩組，盡量做到毛刺數(shù)量均勻。分組完畢后，一組進(jìn)行傳統(tǒng)手工去除，另一組用研磨機(jī)光飾毛刺去除工藝進(jìn)行毛刺去除，記錄去除時(shí)間。研磨機(jī)光飾毛刺去除工藝加工參數(shù)如表1所示。

表1 光飾去毛刺加工參數(shù)表

待兩組分別去除完畢后，在對(duì)兩組用時(shí)長(zhǎng)短和毛刺去除效果進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。詳情如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)表

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論

本次所使用的研磨機(jī)光飾塑料件毛刺去除工藝毛刺去除率達(dá)到95%～99%。表面光潔度為A等，塑料件圓角為0.08～0.15 mm，手工去除量為0.001 5 mm。此外通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究可以發(fā)現(xiàn)：塑料件在光飾桶的研磨漿內(nèi)所處時(shí)間越長(zhǎng)，毛刺去除量越大；提高研磨材料與塑料件的相對(duì)速度，可以提高毛刺去除效果；不同質(zhì)量和體積的塑料件，需要分別制定與之相匹配的光飾桶轉(zhuǎn)速和加工時(shí)間，這樣才能達(dá)到較高的光潔度，如果時(shí)間和速度太長(zhǎng)或太短、均有可能影響塑料件表面光潔度；研磨料和塑料件配比數(shù)值也可能影響塑料件毛刺清潔效果。

4.4 實(shí)驗(yàn)噪聲原因及處理

在本次試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)光飾研磨機(jī)在去刺過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)大量噪音，經(jīng)過(guò)實(shí)際檢測(cè)可以確定，噪音來(lái)源于以下幾個(gè)方面原因：一是塑料件與磨料對(duì)光飾機(jī)滾筒不斷撞擊和摩擦；二是光飾機(jī)底座穩(wěn)定性較差；三是工件和磨料的質(zhì)量配比較大，光飾桶不穩(wěn)。解決噪音的方式為：添加適量的水或者添加劑；盡量固定光飾機(jī)底部，確保不會(huì)出現(xiàn)明顯晃動(dòng)，降低磨料和工件質(zhì)量，避免光飾研磨機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.5 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以看出研磨機(jī)光飾毛刺去除工藝無(wú)論是從工藝用時(shí)、工藝效果還是投入成本上均優(yōu)于傳統(tǒng)手工去刺。另外，傳統(tǒng)手工去刺對(duì)細(xì)微小型毛刺沒有較好的處理方式，所以小型毛刺剩余量較多，但是研磨機(jī)光飾毛刺去除工藝完全不存在這種現(xiàn)象，甚至對(duì)于小型毛刺去除效果還優(yōu)于大型毛刺，因此可以說(shuō)明，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)束語(yǔ)

研磨機(jī)光飾毛刺去除工藝工作效率高，毛刺去除效果也較好，特別適合去除手工難以觸及的細(xì)微型毛刺。但是值得注意的是，對(duì)于磨具選擇，經(jīng)過(guò)后期檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，棱形磨具效果最好。

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