金属切削毛刺形成机理及去除方法综述

卓小文 梅源 周欣悦 赵汉青

摘要：本文介绍了金属切削加工过程中毛刺形成机理的研究现状，针对不同的去除原理，国内外有包括人工、磨粒、化学能、电能、热能及磁能六大类一百多种去除方法，本文对常用的去毛刺技术，如挤压珩磨法、超声波去毛刺法、电化学去毛刺等技术的发展现状进行系统的概述与介绍，最后提出去毛刺研究的发展趋势并分析若干待解决的问题。

关键词： 机理研究 去毛刺工艺 电化学 研究现状

中图分类号：TG506

An Overview of the Formation Mechanism and Removal Methods of Metal Cutting Burrs

ZHUO Xiaowen  MEI Yuan  ZHOU Xinyue  ZHAO Hanqing

School of Automobile and Aviation， Wuhu Institute of Technology， Wuhu， Anhui Province， 241000 China

Abstract： This article introduces the research status of the formation mechanism of burrs in the metal cutting manufacture process. For different removal principles， there are more than 100 removal methods in six categories at home and abroad， including manual， abrasive and chemical， electrical， thermal and magnetic energy methods. This article provides a systematic overview and introduction of the development status of commonly-used deburring technologies such as extrusion honing， ultrasonic deburring and electrochemical deburring， and finally， it proposes the development trend of deburring research and analyzes some issues to be solved.

Key Words： Mechanism research; Deburring process; Electrochemistry; Research status

毛刺的產生是金属切削加工过程中的普遍现象之一。毛刺（金属毛刺）主要指在不同形式的机械加工过程中，残留在零件的表面主要包括棱、角、边上的本应该被去除的各种不规则的金属部分[1-2]。近年来，随着自动化加工等机械制造技术对高精度零件的要求越来越高，人们发现毛刺的存在直接影响了零件的生产、使用、装配以及美观。

1毛刺产生的机理研究

金属切削毛刺的形成受到切削角度、控制切削速度、控制金属切削力度等原因的影响[3-4]。自1958年以来，学者用不同的方式表述切削毛刺的机理[5-7]。在国内，1988年，江苏大学王贵成教授以切削运动-刀具切削刃为参照系，把切削毛刺分为如图1所示的三类，揭示了切削方向毛刺和负毛刺的界限转换条件，建立了不同形态的毛刺的切削模型，并进行了系统的理论探究，同时对切削过程中毛刺的生成和变化做了大量的实验研究[6，8-10]。

2 去毛刺常用的方法

针对不同的去除原理，国内外专家学者提出了包括人工、磨粒、化学能、电能、热能及磁能的六大类超过100多种去毛刺方法，常用的去毛刺方法主要有以下几种。

2.1挤压珩磨法

此法适用于去除复杂结构的零件表面及不规则结构的内孔的毛刺。将处于半流动状态的粘性磨粒，放置在特制的夹具中，通过两端的气缸产生的压力推动磨粒来回摩擦被加工零件的型腔来去除零件上的毛刺。1988年，我国实现了黏性磨料的国产化[11]。并通过实验证明了挤压珩磨对去除回转类零件外形曲面毛刺和去除微小孔钻削毛刺能起到很好的效果[12-13]。

2.2超声波去毛刺法

该方法是将待加工零件与磨粒放置在特定容器中，运用“空化现象”产生巨大的冲击力激发磨粒与工件的高频振动，将毛刺变成粉末，从而达到去除毛刺的目的。甘露华等人进行超声波小孔去毛刺的试验，验证了此方法的可行性[14]。张汉辰等人利用有限元软件从理论上验证了超声波去毛刺的可行性[15]。中国电子科技集团公司第十研究所林奈利用超声波去除铝合金毫米波波导器件的微细毛刺，实现了毫米波波导器件无损伤去毛刺要求[16]。

2.3电化学去毛刺

该方法是利用电化学反应实现阳极金属以沉淀的方式逐渐减少的一种加工方式。付仙良[17]、李豪威等人[18]通过实验发现电化学去毛刺对于定点去毛刺效率较高且对纯钼和纯钛的加工上有着很明显的效果的结果。徐文骥[19]等人采用电化学方法对直径1mm以下的微小孔毛刺去除进行了研究，结果表明可以有效的去除微小孔的毛刺。

3去毛刺研究的发展趋势

3.1机器人去毛刺技术

由于去毛刺加工环境较为复杂，机器人的控制器需要根据环境的不同做出相应的反应，机器人去毛刺的技术也在不断进步并广泛应用于精密零件制造[20]。J. Baeten实现了精确的跟踪工件轮廓[21]。张志民[22]等开发出一套机器人去毛刺系统，通过更改参数及夹具即可用来进行不同形状的梯形毛刺去除。周洪波[23]提出了一种蠕动式管道横孔去毛刺机器人系统，可精确的去除石油管道外部毛刺。我国有多家研究机构和公司相继推出去毛刺机器人，但还没有大规模成熟的可以满足市场需求的机器人组合单元投入市场，我国在机器人去毛刺领域的研究与国外还有很大差距。

3.2复合加工去毛刺

为解决微细孔特别是深孔相贯线等可达性差区域的毛刺去除问题棘手的问题，单一的去毛刺方法有时并不能达到很好的要求。因此，研究者开发出多种复合加工去毛刺方法。辽宁科技大学先进磨削技术研究所陈燕[24]将超声波辅助加工方式与磁力研磨加工结合起来，发现毛刺材料去除率高且加工效率较单纯磁力研磨工艺提高了约50%。PAJAK等人[25]将激光加工方法应用在喷射电解加工上进行试验研究，结果表明：电解激光复合加工可以得到较高的加工精度和表面质量。在实际应用中，复合加工可以避免单一加工可能出现的变质层等缺陷，随着复合加工去毛刺工艺向智能化的方向发展，必将在各种机械加工过程中得到更广泛的发展[26]。

3.3少无毛刺技术

该技术是指在加工过程中采取一定的方法把切削毛刺控制在零件公差允许的范围之内。切削加工时，首先基于精度准则，将毛刺控制在不影响工件表面尺寸的程度，若不能满足精度加工，则采取效率原则，即采取各种办法将毛刺尺寸控制在较为容易去除的程度，若无法满足精度准则和效率准则，采取位置准则将毛刺控制在对零件使用性能影响较小的区域。少无毛刺加工技术主要包括图2中的方法[27]。少无毛刺加工技术研究仍处在初始阶段，随着计算机技术的快速发展，特别是ANSYS分析技术的不断深入研究，少无毛刺技术在微细加工领域的应用将越发深入，各种少无毛刺加工相关的新方法、新工艺不断被研发出来。

4去毛刺研究有待解决的问题

4.1毛刺形成机理有待进一步研究

某些特定情况的局限，尚未建立具有普遍适用性的模型。随着机械加工方式向微细领域发展，对零件表面精度提出了更高的要求，必须不断深入研究毛刺的生成机理。

4.2毛刺的形成预测理论尚不完备

刺的形成涉及材料力学、弹性力学、切削力学等多门学科知识，目前所建立的毛刺预报模型多注重于某一个方面，不能有效的预测多种形态毛刺的生成和不同形态毛刺之间的转换问题，毛刺形成的预测理论分析尚需深入研究。

4.3毛刺测量方法和仪器的开发

现有方法均耗时较长且对零件表面形貌会造成一定损伤，应该研究更精确的微小毛刺测量方法和仪器，实现对毛刺的精确无损测量。

5结语

本文通过对金属切削毛刺的形成机理和去除方法研究，分析去毛刺研究的发展趋势，发现问题，为去除金属切削毛刺的后续研究提供思路和研究方向，为提高金属切削工件精确度、提高工件加工质提供研究基础。

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