端銑中毛刺的主要形式

根據(jù)切削運(yùn)動-刀具切削刃毛刺的分類體系，端銑過程中產(chǎn)生的毛刺主要有五種形式:主刃雙側(cè)毛刺、側(cè)刃切出切削方向毛刺、底刃切出切削方向毛刺和切入切出進(jìn)給方向毛刺。

一般來說，從底邊切出的毛刺與其他毛刺相比，具有尺寸大，不易去除的特點(diǎn)。因此，本文以從底邊切出的切削方向的毛刺為主要研究對象。根據(jù)端銑時從底刃切下的切削方向毛刺的大小和形狀不同，可分為以下三種:I型毛刺(尺寸較大，不易去除，去除費(fèi)用較高)，II型毛刺(尺寸較小，因此可以輕松去除或不去除)，III型毛刺，即負(fù)型毛刺。

影響端銑毛刺形成的主要因素

毛刺的形成是一個非常復(fù)雜的材料變形過程。材料特性、幾何形狀、表面處理、刀具幾何形狀、刀具切削路徑、刀具磨損、切削參數(shù)、冷卻劑的使用和其他因素直接影響毛刺的形成。圖3是端銑毛刺影響因素的框圖。在特定的銑削條件下，端銑毛刺的形狀和大小取決于各種影響因素的綜合作用，但不同的因素對毛刺的形成有不同的影響。

01工具進(jìn)入/退出

一般來說，刀具旋出工件時產(chǎn)生的毛刺大于刀具旋入工件時產(chǎn)生的毛刺。如圖4所示，圖4a是刀具旋出時工件的端面，容易產(chǎn)生較大的I型毛刺。當(dāng)?shù)毒咝D(zhuǎn)進(jìn)入工件時，產(chǎn)生的毛刺通常是II型毛刺。

02平面切割角

平面切削角對底刃切削方向的毛刺形成有很大影響。平面切出角定義為當(dāng)切削刃旋轉(zhuǎn)出工件端面時，在垂直于銑刀軸線的平面內(nèi)，通過切削刃的一點(diǎn)的切削速度(刀具轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的矢量組合)方向與工件端面方向之間的角度。工件端面的方向是從刀具擰入點(diǎn)到刀具擰出點(diǎn)。如圖5所示，ψ為平面切出角，其取值范圍為0。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，毛刺高度隨切削深度的變化而變化，即隨著切削深度的增加，毛刺由I型毛刺向II型毛刺變化。通常，II型毛刺的最小銑削深度稱為臨界切削深度，用dcr表示。圖6示出了當(dāng)加工鋁合金時平面切削角度和切削深度對毛刺高度的影響。

可以看出，平面切削角越大，切削深度越大。當(dāng)平面切削角大于120°時，I型毛刺的尺寸較大，過渡到II型毛刺的切削深度也較大。因此，較小的平面切削角有利于II型毛刺的產(chǎn)生，因?yàn)棣自叫?，端面支撐剛度越高，毛刺越不容易形成?/p>

從圖5可以看出，進(jìn)給速度的大小和方向會對合成速度V的大小和方向產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響平面切削角度和毛刺的形成。因此，進(jìn)給速度與出口邊緣的偏離角α越大，ψ越小，有利于抑制較大毛刺的形成(如圖7)。

03點(diǎn)退出序列EOS

在端銑過程中，毛刺的大小很大程度上取決于刀尖的退出順序。如圖8:A點(diǎn)是副切削刃上的點(diǎn)，C點(diǎn)是主切削刃上的點(diǎn)，B點(diǎn)是刀尖頂點(diǎn)。假設(shè)刀尖是鋒利的，即不考慮刀尖的圓弧半徑。如果B-C刃先從工件上退刀，A-B刃后從工件上退刀，切屑就鉸接在加工面上。隨著銑削的進(jìn)行，切屑被推出工件，形成一個較大的底部邊緣，以切除切削方向的毛刺。如果A-B刃先退出工件，B-C刃后退出工件，則切屑鉸接在過渡面上，工件被切除，形成較小的底刃，切除切削方向的毛刺。

試驗(yàn)表明:①增加毛刺尺寸的刀尖退出順序依次為ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA。②②EOS產(chǎn)生的結(jié)果是一樣的，只是在同樣的退出順序下，塑性材料產(chǎn)生的毛刺比脆性材料產(chǎn)生的毛刺大。

刀尖的退出順序不僅與刀具幾何形狀有關(guān)，還與進(jìn)給速度、銑削深度、工件幾何尺寸和切削條件等有關(guān)。這通過各種因素的組合影響毛刺的形成。

04其他因素

①銑削參數(shù)、銑削溫度、切削環(huán)境等。也會對毛刺形成有一定的影響。一些主要因素，如進(jìn)給速度、銑削深度等。，都是通過平面切削角理論和刀尖退出序列的EOS理論來體現(xiàn)的，這里不再贅述。

②工件材料的塑性越好，越容易形成I型毛刺。在端銑脆性材料的過程中，如果進(jìn)給速度或平面切削角較大，則有利于III型毛刺(缺陷)的形成。

(3)當(dāng)工件的端面和加工平面之間的角度大于直角時，因?yàn)槎嗣娴闹蝿傂栽鰪?qiáng)，所以可以抑制毛刺的形成。

④使用銑削液有利于延長刀具壽命，減少刀具磨損，潤滑銑削過程，進(jìn)一步減小毛刺尺寸。

⑤刀具磨損對毛刺的形成影響很大。當(dāng)?shù)毒吣p到一定程度時，刀尖圓弧增大，不僅使刀具出刀方向的毛刺尺寸增大，還會在刀具切入方向產(chǎn)生異形毛刺，其機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

⑥其它因素，如工具材料，對毛刺的形成也有一定的影響。在相同的切削條件下，金剛石刀具在抑制毛刺形成方面比其他刀具更有優(yōu)勢。

控制端銑毛刺形成的基本方法

端銑毛刺的形成受多種因素的影響，不僅與具體的銑削工藝有關(guān)，還與工件結(jié)構(gòu)、刀具幾何形狀等因素有關(guān)。為了減少端銑時的毛刺，需要從多方面控制和減少毛刺。

01合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

毛刺的形成很大程度上受工件結(jié)構(gòu)的影響，不同的工件結(jié)構(gòu)，加工后邊緣處毛刺的形狀和大小也有很大差異。如果工件的材料和表面處理是預(yù)先確定的，那么工件的幾何形狀和邊緣是決定毛刺形成的重要因素。圖9顯示了在工件的端面上添加倒角以減少毛刺。

圖9添加出口邊緣的倒角方法

02適當(dāng)?shù)奶幚眄樞?/p>

加工順序?qū)Χ算娒痰男螤詈痛笮∫灿幸欢ǖ挠绊?。不同形狀和大小的毛刺有不同的工作量和相關(guān)費(fèi)用。因此，選擇合適的加工順序是降低去毛刺費(fèi)用的有效途徑。圖10示出了如何通過采用適當(dāng)?shù)募庸ろ樞騺砜刂戚^大毛刺的產(chǎn)生。

圖10加工順序控制方法的選擇

在圖10a中，如果先鉆孔再銑平面，容易在孔圓周上產(chǎn)生較大的銑削毛刺；如果在鉆孔前銑平面，只會在孔的圓周上切一個小的鉆孔毛刺。類似地，在圖10b中，通過首先銑削上表面然后銑削凹形輪廓形成的毛刺小于通過首先銑削凹形輪廓然后銑削平面形成的毛刺。

避免工具退出。

避免退刀是避免毛刺形成的有效方法，因?yàn)橥说妒乔邢鞣较蛎绦纬傻闹饕蛩?。通常銑刀旋出工件時產(chǎn)生的毛刺較大，而銑刀旋入工件時產(chǎn)生的毛刺較小。所以在加工過程中要盡量防止銑刀擰出。如圖4所示，圖4b中產(chǎn)生的毛刺小于圖4a中產(chǎn)生的毛刺。

04選擇適當(dāng)?shù)奈故陈肪€。

從前面的分析可以看出，當(dāng)平面切削角小于一定值時，毛刺尺寸較小?？梢酝ㄟ^改變銑削寬度、進(jìn)給速度(大小和方向)和旋轉(zhuǎn)速度(大小和方向)來改變平面切削角度。因此，通過選擇合適的進(jìn)給路線可以避免I型毛刺的產(chǎn)生(見圖11)。

圖11控制進(jìn)給路線的方法

圖11a示出了傳統(tǒng)的鋸齒形進(jìn)給路線，并且圖中的陰影部分指示切割方向上可能產(chǎn)生較大毛刺的位置。圖11b采用改進(jìn)的進(jìn)給路線，可以避免切割毛刺的產(chǎn)生。雖然圖11b中的走刀路線比圖11a略長，銑削時間也多一點(diǎn)，但是采用圖11a，由于不需要額外的去毛刺工序，所以去毛刺的時間要多一點(diǎn)(雖然沒有太多陰影部分，也就是圖中產(chǎn)生毛刺的部分，但實(shí)際去毛刺時毛刺所在的所有邊緣都必須完成)。所以綜合來說，圖11b的送料路線在控制毛刺方面比圖11a的好。

05選擇合適的銑削參數(shù)

端銑參數(shù)(如每齒進(jìn)給量、端銑寬度、端銑深度和刀具幾何角度等。)對毛刺形成有一定影響。表1列出了選擇端銑參數(shù)以減小毛刺尺寸的幾個原則。

表1毛刺的類型和處理方法

五種特殊去毛刺方法

01電解去毛刺

電解去毛刺是一種化學(xué)去毛刺方法，可以去除機(jī)械加工、磨削、沖壓后的毛刺，對金屬零件的銳邊進(jìn)行倒圓或倒角。

一種通過電解去除金屬零件毛刺的電解加工方法，簡稱ECD。工具的陰極(一般為黃銅)固定在工件毛刺部分附近，兩者之間有一定的間隙(一般為0.3 ~ 1毫米)。陰極的導(dǎo)電部分對準(zhǔn)毛刺邊緣，另一個表面覆蓋有絕緣層，使得電解集中在毛刺上。

當(dāng)機(jī)床陰極連接到DC電源的陰極時，工件連接到DC電源的陽極。0.1 ~ 0.3 MPa的低壓電解液(一般為硝酸鈉或氯酸鈉水溶液)在工件和陰極之間流動。當(dāng)DC電源接通時，毛刺被陽極溶解，并被電解液帶走。

電解液有一定的腐蝕性，工件去毛刺后要清洗防銹。電解去毛刺適用于十字孔隱蔽部位或形狀復(fù)雜的零件去毛刺，生產(chǎn)效率高。去毛刺時間通常只需要幾秒到幾十秒。

這種方法通常用于去除齒輪、花鍵、連桿、閥體和曲軸油道的毛刺，以及圓角。缺點(diǎn)是靠近毛刺的部位也會受到電解的影響，表面會失去原有的光澤，甚至影響尺寸精度。

02磨料流去毛刺

磨料流加工(AFM)是國外70年代末發(fā)展起來的一種新型去毛刺光整加工技術(shù)。這種技術(shù)特別適合剛進(jìn)入精加工階段的去毛刺，但不適合加工小而長的孔和無底的金屬模具。

03磁力研磨去毛刺

磁力研磨時，工件置于兩個磁極形成的磁場中，磁性磨料置于工件與磁極之間的間隙中。在磁場力的作用下，磨料沿磁力線方向整齊排列，形成軟硬結(jié)合的磁性研磨刷。當(dāng)工件在磁場中旋轉(zhuǎn)并軸向振動時，工件與磨料相對運(yùn)動，磨料刷對工件表面進(jìn)行磨削。磁力研磨可以高效快速地對零件進(jìn)行研磨和去毛刺，適用于各種材質(zhì)、尺寸和結(jié)構(gòu)的零件。是一種投資少、效率高、應(yīng)用廣、質(zhì)量好的整理方法。

目前，國外已能對旋轉(zhuǎn)體、平面零件、齒輪齒和復(fù)雜輪廓的內(nèi)外表面進(jìn)行磨削和去毛刺，去除導(dǎo)線和電線上的氧化皮，清洗印刷電路板等。

04熱去毛刺

熱去毛刺(TED)是用氫氧或氧氣和天然氣的混合物爆燃產(chǎn)生的高溫?zé)裘?。將氧氣和氧氣或天然氣和氧氣通入密閉的容器中，用火花塞點(diǎn)燃，使混合物在瞬間爆炸釋放出大量熱能，去除毛刺。但工件燒成后，其氧化粉末會附著在工件表面，必須清洗或酸洗。

用5密耳鐳強(qiáng)超聲波去毛刺

密鐳強(qiáng)超聲波去毛刺技術(shù)是近年來流行的一種去毛刺方法。僅輔助清洗效率就是普通超聲波清洗機(jī)的10 ~ 20倍，水箱上均勻分布小孔，無需清洗劑的幫助，5 ~ 15分鐘即可同時完成超聲波。