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去毛刺工艺与去毛刺技术

本报告全面概述了孔去毛刺最常用的技术和方法,并指出了它们的优缺点。

在诸如 汽车、 航空 以及液压和气动等行业中,制造工艺正不断得到优化,以尽可能高效地、在时间和成本上都具有竞争力地进行大规模批量生产。工艺步骤得以简化,生产周期得以缩短,同时在质量和工件表面处理的重复性方面也进行了精益求精的改进。

 

尤其是孔口毛刺,给工艺负责人带来了巨大的挑战。 几乎所有的钻孔加工都会产生毛刺。必须清除这些多余的毛刺,以确保零部件的功能性,并最大限度地降低最终用户或机器操作员受伤的风险。相关负责人必须找到既能可靠地清除导致问题的毛刺、避免产生碎屑,同时又不耗费过多时间和成本的解决方案。

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针对每种应用,都有相应的去毛刺工艺

选择工艺时的重要标准包括工件上毛刺的位置以及 应用材料 (例如钢、不锈钢、铝)以及工件的加工公差。此外,对去毛刺效果的要求、能否集成到现有生产流程中(例如直接在 CNC机床上直接进行)、设备能力以及投资意愿等因素,都会影响去毛刺方案的选择。在许多情况下,确保工件无毛刺对于后续加工至关重要。以下列出了最常见的工艺和技术及其特点。

 

  • 在热去毛刺(TEM)过程中,待去除的材料会因化学反应产生的高温而汽化。特别是在几何形状复杂、难以触及的区域或存在大量孔的情况下,通常会采用TEM工艺。 该工艺可同时对外部和内部边缘进行去毛刺处理。几乎所有可氧化材料均可加工。处理后,孔边缘呈锐角或略微圆角。去毛刺腔的尺寸限制了工件的尺寸或数量。必须检验热量对材料及部件几何形状的影响。

以发动机缸体为例,这是一种通常通过热去毛刺工艺进行加工的工件。

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  • 在电化学去毛刺(ECM)过程中,毛刺的去除是通过金属的阳极溶解实现的。该工艺几乎适用于所有金属,甚至包括淬火工件。由于这是一种非接触式工艺,且热输入极低,因此不会造成刀具磨损,也不会产生二次毛刺,且不会产生机械应力。 毛刺的最大长度限制在约0.3毫米。工件在处理前后必须进行彻底清洗。
  • 高压水射流去毛刺(HDW)可同时对多个边缘以及难以触及的孔进行去毛刺处理。水射流在高达1’000 bar的压力下,被精准地导向部件的待加工部位。 需检查的是,机械应力是否会导致孔边颗粒脱落,以及由于毛刺仅被部分去除是否会造成表面粗糙。
  • 在颗粒喷砂工艺中,沙子等材料会以高达80米/秒的速度喷射到孔边缘。加工过程也会对相邻区域产生影响。去毛刺后的工件清洗可能是一项挑战。
  • 另一种方法是滑动研磨(通常也称为Trowal研磨)。在此过程中,工件与研磨介质一同放入容器中。通过振动或旋转,对边缘和表面进行磨削。该方法非常适合散装工件,但在精密孔中往往不够精准。
  • 在刷式去毛刺工艺中,毛刺通过专用刷具被清除。该工艺操作简便,且由于工具种类繁多,应用范围十分广泛。刷式去毛刺的局限性在于:毛刺较大、材料硬度极高以及难以触及的部位。
  • “机械去毛刺”这一术语涵盖了一系列去毛刺刀具,这些刀具可直接在数控加工中心上对工件进行精加工。此外,还可以对孔的背面和特定边缘进行加工。该工艺的特点是重复性好且高过程可靠性。该方法的局限性在于工件上难以触及的部位。

其他方法还包括 手工去毛刺 (手工去毛刺)或 阶梯钻头去毛刺。本报告中将不详细探讨这两种方法,因为手工去毛刺通常不经济,且质量取决于操作人员。

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机械去毛刺解决方案 可提供可靠且稳定的去毛刺效果。

尽管存在制造公差,去毛刺依然简单

机械去毛刺的技术种类繁多,因此我们将更详细地探讨其特点。

 

在圆周去毛刺过程中, 刀具会沿 预先设定的加工路径运行。根据给定的制造公差或因装夹而产生的公差,某些位置可能完全无法形成倒角,或者倒角过小甚至过大。

 

对于采用浮动式刀片的刀具,刀片只有在接触孔边沿时才会开始进行去毛刺。因此, 例如铸件及其典型的公差波动,也能被可靠地加工,并获得稳定的去毛刺效果。 

所有机械去毛刺工艺的最大优势在于能够集成到现有的加工中心中。工件在仅略微延长节拍的情况下,即可从机床中完整加工完成。无需再进行后续的内部或外部加工工序。

 

通过避免清洗、物流或外部加工成本,整体工艺成本和周转时间均得以降低。由于生产技术稳定且刀具操作简便,无需对员工进行培训,且可充分利用现有切削加工方面的知识。最重要的是,与手工操作相比,工艺可靠性得到了极大提升。

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采用浮动式刀片的机械去毛刺解决方案(如图中 所示的HEULE公司生产的COFA 刀具 )可直接从机床上输出已完成去毛刺的工件。

针对特定应用开发的解决方案的潜力

一旦生产负责人选定了去毛刺工艺,接下来就需要确定合适的方案并寻找合适的合作伙伴。一个实际案例:某电动汽车领域的用户需要在转子轴上对内部且难以触及的冷却孔进行去毛刺处理。此前,去毛刺工作均由人工完成 。

 

由于客户提出投诉,必须为每年约100万个孔找到一种更稳定且自动化的去毛刺工艺。 在需要解决的去毛刺情境中,待加工的零部件在制造/生产过程中由拉制管材制成,其壁厚存在波动,从而导致内部主孔的直径也随之变化。由于这些公差波动,无法采用圆周去毛刺工艺。

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在一次行业展会上,生产经理注意到了好优利公司及其配备浮动式切削刃的刀具。一项采用该技术的合作项目 X-BORES 技术开展了,客户很快就被成品的质量所折服。如今,他可以将此前负责手工去毛刺的员工调往生产流程中的其他岗位。

此外,该客户近期还向HEULE咨询了其他应用方案,甚至正在规划一款定制化刀具解决方案。因为如果标准产品系列中找不到合适的刀具,HEULE 提供专门为客户量身定制的刀具 。

HEULE建议所有用户, 尽早将去毛刺专家纳入生产流程。因为通过合作,可以尽可能将零件的几何形状设计得便于去毛刺,同时也能优化前道工序中的毛刺形成,从而最终使批量生产在时间上得到最优化,并实现最高经济效益。这一点适用于所有零件,无论它们是通过铣削、钻孔还是其他工艺制造/生产的。