復(fù)雜鋁合金閥體零件毛刺的控制與去除

張彥杰

（北京縱橫機(jī)電科技有限公司，北京 100089）

鋁合金閥體零件在鐵路制動(dòng)控制系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。零件的尺寸精度、孔內(nèi)潔凈度以及孔徑大小等直接決定制動(dòng)控制系統(tǒng)能否正常工作。此類閥體零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，各種孔系和槽系較多，且孔孔交叉、孔槽交叉等情況較多。加工過程中會(huì)有毛刺產(chǎn)生，需要在加工工藝中增加去毛刺工序。從20世紀(jì)開始，就有日本的奧島和中山一雄、美國的Gillespie L K和中國的王貴成教授等專家深入研究了毛刺的形成機(jī)理和控制方法，為去毛刺或控制毛刺的形成奠定了理論基礎(chǔ)[1-3]。但是，受零件結(jié)構(gòu)的限制，毛刺的理論去除方法在復(fù)雜類型的閥體上并不能得到很好的應(yīng)用。本文根據(jù)閥體的毛刺特征，結(jié)合作業(yè)效率、可實(shí)施性以及加工成本等因素，制定了一套有效的毛刺去除方案。

1 閥體結(jié)構(gòu)及其加工工藝

在列車制動(dòng)控制系統(tǒng)中存在很多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的閥體，如某型號(hào)機(jī)車中一個(gè)重要的鋁合金閥體零件及工藝流程如圖1所示?？梢钥闯觯摿慵鞣N孔系和槽系，閥體內(nèi)部氣路錯(cuò)綜復(fù)雜。閥體加工工藝與公司所具有的設(shè)備、工裝及刀具等工具的加工能力有很大關(guān)系，但總體的加工工藝流程基本一致，在加工過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生毛刺，因此去毛刺尤為重要。

圖1 某型號(hào)列車閥體模型及加工工藝流程

2 毛刺的產(chǎn)生

毛刺形成的根本原因是刀具切除工件端部時(shí)，工件端面材料支撐強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生塑性彎曲變形和塑性剪切滑移變形，最終使部分切削層金屬離開切削路徑但沒有被刀具切削掉，反而留在工件端面而形成。在本閥體的加工工藝中使用的主要機(jī)械加工方式有銑、鉆、鏜和攻絲。毛刺主要集中在如圖2所示的位置。

（1）銑削六面時(shí)在棱邊上，如圖2（a）所示。該毛刺主要是翻邊的鋸齒狀毛刺，毛刺的大小與面銑刀的切屑刃角度、切削三要素、刀具的鋒利程度以及順逆銑等加工方式的選擇有關(guān)。

（2）槽銑削時(shí)在槽口位置，如圖2（b）所示。T型槽刀在加工通氣槽或卡圈槽時(shí)，在邊緣產(chǎn)生鋸齒狀毛刺。

（3）鉆、鏜孔的表面及交叉位置?？壮Ｓ玫募庸し绞綖槁榛ㄣ@頭鉆削、鉸刀鉸削或者鏜刀鏜削?？准庸r(shí)，毛刺主要有切入進(jìn)給方向毛刺和切出進(jìn)給方向毛刺兩種形式。切入方向毛刺主要是工件材料被擠壓而產(chǎn)生的擠壓毛刺，毛刺尺寸較小，如圖2（c）所示；切出方向毛刺主要是加工結(jié)束時(shí)材料的塑性變形而引起的翻邊，如圖2（d）所示，尺寸一般較大，交叉孔位置去除難度較大。

（4）復(fù)合階梯孔的邊緣位置。復(fù)合孔由一系列直徑尺寸不等的階梯孔組成，主要由銑削和鏜削等綜合工藝加工而成。加工時(shí)，階梯邊緣會(huì)產(chǎn)生小的翻邊毛刺，如圖2（e）所示，毛刺尺寸較小。

（5）加工有貫穿孔時(shí)，在貫穿位置會(huì)產(chǎn)生大片狀毛刺，如圖2（f）所示。該類型毛刺根部厚度較大，毛刺高度尺寸也較大。

（6）螺紋加工的起牙和終牙位置。螺紋加工一般有兩種方式，一種是使用絲錐直接攻絲，另一種是使用螺紋銑刀加工。螺紋在起牙的時(shí)候毛刺最明顯，如圖2（g）所示。

圖2 不同加工方式產(chǎn)生的毛刺

3 毛刺的判定標(biāo)準(zhǔn)與檢測

在零件加工圖中，設(shè)計(jì)者一般都是只標(biāo)注工件的尺寸精度、位置精度和粗糙度等，但是對毛刺并沒有明確的說明和標(biāo)注，給工人的加工和檢測等帶來了不便。也有部分設(shè)計(jì)者標(biāo)注了未定義邊尺寸，但是實(shí)際去毛刺加工中也很難滿足要求?！都夹g(shù)制圖 圖樣畫法 未定義形狀邊的術(shù)語和注法》（GB/T 19096—2003）中對毛刺有明確的定義，即毛刺是指在外部邊理想幾何外的材料的粗糙的殘余，是機(jī)加工或成型過程的殘余物。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)根據(jù)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、檢測設(shè)備以及產(chǎn)品本身的特點(diǎn)、功能和外觀等要求制定適合的檢測方法，盡可能做到簡便、經(jīng)濟(jì)和有效。目前，常用的幾種毛刺測量方法如表1所示。

表1 毛刺檢驗(yàn)方法

對于一般的氣路閥體而言，目測法和手感法最常用。外表面可觸及位置，采用手感觸摸方式判定，手觸無劃手感即為合格。閥體內(nèi)部的毛刺主要依靠目視和內(nèi)窺鏡觀察，無明顯凸起及粘連飛邊即為合格。

4 毛刺去除與控制

目前，各類零件去毛刺的新工藝和新方法種類繁多，去毛刺原理以及所用到的設(shè)備、工具、材料和工藝方法等差異較大，主要有熱能去毛刺、高壓水去毛刺、磨粒流去毛刺、電化學(xué)去毛刺以及機(jī)械去毛刺等。不同去毛刺方法均有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。例如，電化學(xué)去毛刺要處理廢液，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[4]。選擇去毛刺方法時(shí)，需要綜合考慮零件本身材質(zhì)、加工精度、幾何尺寸、毛刺大小和部位、作業(yè)環(huán)境以及生產(chǎn)成本等因素。針對復(fù)雜鋁合金閥體在實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的毛刺問題，依據(jù)毛刺產(chǎn)生的位置形狀可以分為規(guī)則、較規(guī)則和不規(guī)則3類，應(yīng)對其分別制定不同的去除工藝。

4.1 規(guī)則形狀位置毛刺的去除

針對閥體外輪廓的棱邊、槽口、孔口以及階梯孔臺(tái)階邊緣等外形規(guī)則的位置，應(yīng)使用定心鉆、正反倒角刀以及復(fù)合鏜鉸刀進(jìn)行機(jī)內(nèi)加工，以提高去毛刺效率和去毛刺的一致性。刀具形狀如圖3所示。

圖3 規(guī)則位置去毛刺刀具

4.2 較規(guī)則形狀位置毛刺的去除

此類毛刺主要在孔和孔正向貫穿的位置，相貫線相對比較規(guī)則。該類型毛刺去除有兩種方案：一種是利用球頭銑刀進(jìn)行去除，對編程和機(jī)床設(shè)備要求較高，存在一定的局限性；另一種方案是利用彈性正反倒角刀，但是需要注意鋁合金工件硬度較低，孔口有螺紋時(shí)易劃傷工件。刀具形狀如圖4所示。

圖4 球頭銑刀及彈性倒角刀

4.3 不規(guī)則形狀位置毛刺的去除

此類毛刺主要在孔槽交叉位置產(chǎn)生，毛刺尺寸大，根部厚度也大。采用某品牌熱能去毛刺設(shè)備，可通過在封閉空間內(nèi)可燃?xì)怏w熱化學(xué)反應(yīng)瞬間產(chǎn)生高溫融化毛刺，一次性可以去除閥體內(nèi)所有片狀和粘連毛刺。該設(shè)備加工效率高、節(jié)拍快，適合大批量生產(chǎn)。經(jīng)以上機(jī)床刀具加工及熱能工藝去除該復(fù)雜閥體的毛刺后，原人工去毛刺位置數(shù)量從120余處減少到30余處，顯著降低了人工去毛刺的工作量，也保證了毛刺去除的一致性。

4.4 毛刺的控制

毛刺形成的影響因素很多，主要有材料特性、加工工藝、切削用量、刀具幾何尺寸以及刀具涂層特性等。各種因素相互影響，相互制約[5]。因此，在實(shí)際加工過程中應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品自身的特點(diǎn)綜合考慮各影響因素，并采取相應(yīng)的措施抑制和減小毛刺的產(chǎn)生。針對本文的鋁合金閥體中的毛刺，可以采用以下方式：鋁合金專用刀具；加工時(shí)，使用冷卻液；攻絲或者銑螺紋前，對孔口進(jìn)行倒角處理；合理安排工藝，使毛刺產(chǎn)生在不影響使用的一面或者便于去毛刺作業(yè)的一面。

4.5 去毛刺及少無毛刺加工的原則

控制和去除毛刺是加工過程中不可避免的問題，可以遵從以下3個(gè)原則。

4.5.1 功能原則

在金屬切削過程中有些毛刺會(huì)產(chǎn)生在工件的邊、角、棱等部位，但不會(huì)影響尺寸精度、形位精度以及使用性能。這種情況下可以不需要再進(jìn)行去毛刺工藝，只要達(dá)到少無毛刺的加工即可，因此毛刺的判定及要求是一個(gè)很重要的原則。

4.5.2 高效、低成本原則

去毛刺為工件加工過程中的一個(gè)輔助工序，應(yīng)盡量使用低成本的工藝完成去毛刺作業(yè)。目前，有很多自動(dòng)化去毛刺設(shè)備，如熱能去毛刺設(shè)備，但其采購成本高，需要綜合考慮費(fèi)用，保證低成本。

4.5.3 位置原則

當(dāng)切削加工過程中無法避免毛刺的生成時(shí)，應(yīng)采取有效的措施使毛刺生成在非關(guān)鍵的邊、角、棱或?qū)ぜ木扔绊戄^小亦或毛刺較容易去除的部位，盡可能減小毛刺的影響范圍。在實(shí)際加工過程中，各種工件的加工要求不盡相同。制定毛刺的去除和控制工藝方案時(shí)，要綜合考慮在不影響功能的前提下，高效率、低成本地完成去毛刺作業(yè)。

5 結(jié)語

多孔系的鋁合金閥體加工產(chǎn)生的毛刺狀態(tài)千差萬別，依據(jù)毛刺根部形狀將毛刺分為規(guī)則形狀、較規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀3類，并分別制定了不同的機(jī)內(nèi)去毛刺工藝，去毛刺效果良好。此外，簡述毛刺的判定標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法，為去毛刺作業(yè)提供了依據(jù)和判定標(biāo)準(zhǔn)。最后，提出了3種毛刺去除及控制的原則。相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合自身產(chǎn)品的特點(diǎn)，選擇最合適的去毛刺方案。