毛刺

毛刺（共9篇）

毛刺 篇1

质量红榜 (部分) :

质量黑榜:

报告解读

本次共抽查了北京、上海、江苏、浙江、湖北、山东、广东、广西、重庆等9个省、自治区、直辖市60家企业生产的60种牙刷产品。

本次抽查依据GB 19342-2003《牙刷》等强制性国家标准及相应产品企业标准的要求, 对牙刷产品的卫生要求、牙刷 (头、尾) 部安全要求、毛束拉力、柄部抗弯力、颈部抗弯力、单丝弯曲恢复率、磨毛 (或磨尖率) 、砷、镉、铬、铅、汞等12个项目进行了检验。

抽查结果表明, 所抽产品中涉及人身健康安全的卫生要求、牙刷 (头、尾) 部安全要求、砷、镉、铬、铅、汞等重金属检验项目均符合标准要求。

抽查发现, 有7种产品磨毛项目检验结果不符合标准规定的要求。牙刷加工时, 刷毛都带有毛刺, 需进行磨毛工序处理, 使刷毛顶端轮廓去除锐角, 每根刷毛的顶部应是圆钝型, 且不应有毛刺。

毛刺 篇2

法布尔的这本《昆虫记》让我知道了法布尔小时候学习条件不好，不能学习很多的昆虫知识但是这些困难都没有难得到法布尔对昆虫的喜爱，法布尔很努力的去争取，终于在他的努力下，他二十时得到了一块在森林平坦地区的土地和一间木屋。这种坚持不懈的精神让我感动。在后来，我知道了法布尔一天观察昆虫五至七个小时，甚至牺牲睡眠时间来观察夜行性昆虫，这种坚持不懈的精神让法布尔成为了著名的昆虫学家。

《昆虫记》这本书中最让我受益的文章有三篇，分别是石蚕的潜水艇、大自然的清洁工和美丽的孔雀蛾。石蚕的潜水艇一文让我明白了：石蚕不懂人类博大精深的物理学，可是凭着他们的本能，把一节芦苇的断茎，做成了一个潜水艇;大自然的清洁工让我明白了一些微不足道的小昆虫也能清理大自然;美丽的孔雀蛾让我明白了一个道理：生命是珍贵的，我们要珍惜生命。

高频直缝焊管内毛刺清除装置研究 篇3

关键词：高频直缝焊管；内毛刺清除；装置

内毛刺清除装置是处理高频直缝焊管的有效措施，有利于提高焊管的结构性能，避免其在应用中残留过多的毛刺，影响应用效果。目前，高频直缝焊管的应用规模逐渐扩大，增加内毛刺清除装置的应用压力，促使其在应用中出现了诸多问题，所以需重点研究内毛刺清除装置，保障其在高频直缝焊管内毛刺处理的效率和水平，满足焊管的实际需求。

1.高频直缝焊管内毛刺清除装置的设计

高频直缝焊管的内毛刺清除装置设计，主要包括五个设计项目，对其做如下分析：

1.1主体设计

主体部分是内毛刺清除装置的核心，关系到高频直缝焊管毛刺清除的效果。内毛刺清除装置的主体设计中，最主要的是连接部分，具备灵活的连接方式，才能准确控制毛刺清除的过程[1]。主体设计中的连接部分，需要保持最佳的调节性能，由此可以根据高频直缝焊管的需求，采取合理清除毛刺的方式，有利于毛刺清理装置的调整运用，符合焊管毛刺清除的实际情况，以免出现清理不当的问题。

1.2刀具设计

内毛刺清除装置的刀具设计，属于较为基础的部分，改善毛刺装置的应用效果。高频直缝焊管内毛刺清除装置的刀具分为两类，一类是切削力；另一类是刀体设计。切削力设计需要以拉削公式为主，需根据毛刺的具体情况，设计出可行的切削力，用于刀具切削的实际过程中。刀体设计是一项严谨的工作，由于高频直缝焊管处于不同的环境中，促使毛刺的性能受到多项因素的干扰，如：湿度、温度等，影响刀体设计的质量，所以必须结合毛刺的实际情况，由此稳定刀体设计。

1.3变换设计

高频直缝焊管内的毛刺处理装置，需要在焊管生产的过程中处理掉毛刺，确保焊管达到质量标准。变换设计时需具备自动的特性，明确定位毛刺的位置后，通过自动化的方式调整变换设计，实现不同部位的变换设计，促使变换设计具备自动控制的優势，以免内毛刺清除装置在变换时出现停刀、打刀现象。

1.4辊子设计

毛刺装置中的辊子，主要是保护内毛刺清除装置的轮子，防止清除毛刺时刮伤轮子。内毛刺清除装置对辊子具有很高的设计要求，致力于缩小辊子的体积，以便提高内毛刺清除装置的承压能力。

1.5监控设计

内毛刺清除装置中的监控部分，实现了在线监控，能够在高频直缝焊管清除毛刺时主动监控[2]。内毛刺清除装置轮子的中间位置，安装了焊缝检测设备，其可根据高频直缝焊管的状态，采取对应的毛刺清除，由此需要高效的监控设计。监控设计的目的是准确连接清除装置中的喷咀和压力计，为内毛刺清除装置提供最基本的数据，而且监控设计还可为喷咀提供导向，促使内毛刺清除装置可以根据高频直缝焊管焊接的位置而改变。

2.高频直缝焊管内毛刺清除装置的改进

高频直缝焊管内原本的内毛刺清除装置无法调整到头，降低焊管内毛刺清除的水平，导致刀头部分极其容易磨损，而且出现了多种清除事故，所以针对内毛刺清除装置，提出几点改进方式，如下：

2.1改进设计参数

根据高频直缝焊管内毛刺清除装置的应用，规划改进的参数，如：（1）内毛刺刮削余高：-0.2-1.52mm；（2）液压缸推力：15-25kN；（3）刮削温度：400-800℃；（4）在线刮削速度：10-40m/min；（5）钢管材质：Q235-X70；（6）钢管壁厚度范围：3-12mm；（7）钢管直径范围：φ88.9-φ244.5mm。

2.2改进设备结构

内毛刺清除装置的设备结构比较复杂，其要跟上内毛刺清除的发展速度，确保设备结构中能够体现出调节、精准刮削的特点。以液压式的内毛刺清除装置为例，分析设备结构的改进，首先规划设备结构的改进方向，确定设备在内毛刺清除装置中的功能范畴；然后根据正常刮削的状态，制定稳定设备运行的改进方案，保障内毛刺清除装置在高频直缝焊管中能够贴近内壁，防止出现遗漏；最后规范设计出设备位置，避免发生撞刀或顶刀的情况。由此，通过设备结构改进，为高频直缝焊管提供高效的毛刺清除方式。

2.3改进装置设计

高频直缝焊管内毛刺清除装置需要创新的设计改进，用于提高内毛刺清除的效率和水平，进而防止出现处理不当的情况。内毛刺清除装置的改进，必须充分考虑高频直缝焊管的需求，采取创新调整和调节的方式，防止装置内出现过大的误差，完善内毛刺清除装置的运行[3]。因此，内毛刺清除装置的改进设计，注重性能的创新与功能调整，为高频直缝焊管提供可靠的内毛刺清除，既可以提高毛刺处理的效率，又可以维护焊管的安全性能。

3.结束语

根据高频直缝焊管毛刺处理的需求，改进内毛刺清除装置，促使其更符合高频直缝焊管的毛刺处理，进而提高焊管在应用中的效益。高频直缝焊管在内毛刺清除装置的改进下，得到优化的处理，规避毛刺对高频直缝焊管的影响。内毛刺清除装置仍旧处在不断改进和发展中，主要是适应高频直缝焊管的实际应用，体现内毛刺清除装置的应用优势。

参考文献：

[1]康霞明.直缝焊管内毛刺清除装置结构原理分析[J].焊管，2011，（05）：34-36

[2]于波.焊管去内毛刺方法与装置的研究[J].佳木斯大学学报，2012，（05）：47-49

带毛刺高压导线电晕放电分析 篇4

随着输电线路电压等级的提高,导线电晕放电成了一种常见现象。电晕放电会造成电能损失、产生高频干扰电磁波、发出噪音等危害。因此,各种导线电晕放电的仿真模拟和实验分析则成了工程人员和研究人员的研究对象。

事实上,导线在运输过程难免与各种物体发生摩擦碰撞,在线路架设过程被拖拽发生磨损,使得导线表面形成一些微小的毛刺。通过对带毛刺导线模型表面场强的仿真计算,可以看出导线毛刺表面处和光滑表面处的场强有着巨大的差别。观察运行中高压线路的摄像,也可以看到导线表面一些细小的固定点处的电晕放电明显比其他部位剧烈。

1 理想导线电晕放电原理

由于受紫外线、宇宙射线及地球内部辐射线的作用,空气中的部分气体分子被光电离,形成了漂浮的自由电荷。通常,这些微小密度的正负带电粒子在空气中漂移,几乎不形成电效应。

当高压输电线路的电压足够高时,导线表面的场强变得很大。一个漂浮在空气中导线附近的自由电子受到电场的作用被加速,若场强很大,则该电子会在打击另一个原子之前获得了足够高的能量以致从该原子中打出一个电子来。被打出的电子同样在场中被加速,继续打击其它原子并使之电离。结果,使得越来越多的自由电荷被产生,这些自由电荷的运动构成电晕放电。

1.1 带电粒子的动能

在高压导线表面附近空间,自由电荷受到洛仑兹力的作用

F=q(E+v×B) (1)

式中,q为带电粒子的电荷量,C;E为电场强度, kV/cm;v为带电粒子运动速度,cm/s;B磁感应强度,T。

由于导线内的电荷是线电荷,线电荷产生的电场E和磁场B都与距离成反比。工频电流产生的B较小,故主要对电荷产生加速作用的是电场E。自由电荷的动能为

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式中,W为自由电荷的动能,J;m为电荷的质量,kg;v为电荷的运动速度,cm/s。

1.2 原子的电离能

空气中的分子主要有N2、O2、CO2、H2O等,分子由相同的或不同的原子构成。在原子中的电子能量比自由状态下的电子能量小,这意味着它是受束缚的。也就是说,要把电子“踢出去”需要能量。要电离一个氢原子大约需要13.6 eV的能量。不同原子对自身外层电子的束缚程度不一样,因此,不同原子的电离能不同,如表1所示。

从表1可以看出,空气成分构成中的几种主要原子H、N和O的电离能很相近。

1.3 电晕放电起始场强

导线电晕放电是由于导线表面附近的自由电荷在电场的作用下被加速,在一个自由行程中,若自由电荷获得的动能W大于被碰撞分子的原子电离能Wi时,就会发生电晕放电。在一定空气条件下,空气中电子的平均自由行程λ是一定的。因此,决定电子碰撞原子之前获得动能大小的是电场强度。

电晕的产生取决于导线表面场强,所以研究电晕起始场强Ec和各种因素间的关系将更直接而且简单。F.W.Peek通过试验得出导线电晕放电起始场强的经验公式

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式中,m为表面粗糙系数;r为导线半径,cm;δ为空气相对密度。

由于大气条件及导线各部位表面状况对电晕放电起始电晕的场强影响很大,根据Peek公式及相关试验结果表明,电晕放电起始场强约为30 kV/cm。

2 实际导线电晕放电分析

在生产运输及线路架设过程,导线会受到各种碰撞及摩擦而产生轻度磨损,使得表面形成一些微小毛刺。因此,在研究电晕放电时,应该考虑这些毛刺的放电特征。经计算可知导线表面毛刺处的场强可达105 kV/cm,在这个等级的场强下,导体内的自由电子就会被发射出来,即形成电子场致发射,这样,自由电子在毛刺附近的密度就比导线光滑部位附近的大得多,加之毛刺表面的场强要比其他地方大很多,以致毛刺处的电晕放电比光滑处剧烈得多。

2.1 导线带有毛刺的情况

如果近距离看,导线受磨损部位会很粗糙,且光泽较亮,很容易被观察到。但是由于磨损引起的毛刺太细小,长度一般为1 mm左右,曲率半径在0.1 mm等级,因此,肉眼通常很难直接察觉。如果用手触摸受损部位,就很容易感觉到毛刺的存在。图1为实际运行中导线磨损处情况,导线型号为LGJ-120。图2为带毛刺导线的物理模型。

2.2 电子场致发射

电子场致发射是一种电子被强电场从电极表面抽出的机理,它是在非常高的外部电场下的一种量子效应。金属中接近费米能级的电子可以穿过势垒并跑到空气中去。

在带电体导体上,任何尖锐突出部分的周围都会产生非常高的电场。当电场强度达到约为105 kV/cm时,电子在电场的作用下会从尖锐部分的表面被抽出来,并在电场中加速。这种现象称为电子场致发射。

2.3 带毛刺导线表面场强的数值分析

以线径为3.02 cm的LGJ-500导线来进行数值仿真计算,设定导线表面有一直径为0.6 mm,长度为1.1 mm的毛刺。从图3可以看出,当瞬间电压为500 kV时,导线光滑部位的电场强度为38.494 kV/cm。而此时毛刺表面部位的场强达到7.31×105 kV/cm,如图4所示。二者场强相差近2万倍。

图5为从0相位到1/2π相位之间,即在工频交流电的1/4周期内,500 kV线路瞬时电压从0增加到707 kV的过程,导线表面光滑处电场增长的仿真结果。从图5中的曲线上可知,光滑处的最大场强约为54 kV/cm。图6为同样1/4周期内毛刺处电场增长情况。从图6可知,毛刺处的最大场强可达到约为10.3×105 kV/cm。因此,在导线光滑处,电晕表现为碰撞电离的形式;而在导线毛刺处,电晕则主要表现为电子场发射的形式。

3 实际运行线路电晕情况分析

在实际运行线路上,电晕放电在导线毛刺处和光滑处有明显差别。从高速摄像机拍得的录像上看,光滑处放出的光子在空间上是随机且零星的;而毛刺处发出的光子是基本稳定且为大量聚集的,并呈喷射状。

图7为武汉高压研究院一条运行中的6分裂500 kV交流输电试验线路,导线型号LGJ-500。图(a)和图(b)为同一位置不同时刻的电晕放电情况。可以清楚地看出,最下方的导线由于有两处毛刺的存在,产生了电子场致发射,因此,毛刺处的电晕放电明显比其他部位剧烈得多。

4 结论

依据高压输电线路导线电晕放电的基本原理,对实际运行中带有毛刺的500 kV导线进行了电场仿真计算,得出在导线光滑处电场强度达到30 kV/cm时,毛刺处的电场强度可达105 kV/cm。即毛刺处的电场可导致电子场致发射。因此,解释了带毛刺导线电晕放电时光滑处与毛刺处的不同的放电方式。提高了对实际运行线路电晕放电形式的认识。

摘要：论证了高压导线带有毛刺的部位可以形成极强的电场,产生电子的场致发射。通过仿真计算,分析了导线电晕放电时毛刺处与光滑处不同的放电形式。解释了运行线路局部电晕异常剧烈的现象。

关键词：高压导线,电晕放电,电场分布,毛刺

参考文献

[1]严璋,朱德恒.高电压绝缘技术[M].北京:中国电力出版社,1998.

[2]费恩曼,莱顿,桑兹.费恩曼物理学讲义[M].上海:上海科学出版社,2005.

[3]Mahin,Derakhshanian.simulations num啨riques des vibrations in-duites par effet de couronne sur un court conducteur soumis劋unepluie artificielle[D].Chicoutimi:Universit啨du Qu啨bec劋Chi-coutimi,2001.

冲裁零件毛刺方向的控制 篇5

冲裁过程通常可分为弹性变形、塑性变形以及断裂三个阶段。在冲裁过程中,随着凸模的下压,凸、凹模间材料产生弹性压缩,弯曲和拉伸且微挤入凹模;当材料达到屈服极限 σs时,材料开始产生塑性剪切变形,同时伴随着弯曲和拉伸;当材料达到屈服极限 σb时,此时材料附近产生微裂纹。当凸模继续下压,材料的内应力超过 σb后,微裂纹迅速延伸扩展,直至贯通,冲裁件分离。冲裁时材料的受力情况如图1所示。在冲裁过程中,由于凸模刃口外侧和凹模刃口的外侧材料受到拉伸力而引起的拉应力最大,所以裂纹首先从凹模刃口外侧产生,继而在凸模刃口外侧产生,并没有对准凸、凹模的刃口上,如图2所示。因此,无论凸、凹模之间的间隙取多少,都会在冲件上残留毛刺,所以,冲裁时毛刺是无法避免的。

2冲裁件断面的特征

冲裁件的断面特征包括圆角带a、光亮带b、断裂带c和毛刺d四个部分,如图3所示。圆角带又称塌角,产生在板料不与凸模或凹模相接触的一面,是由于板料受弯曲、拉伸作用而形成的。光亮带是由于凸模切入板料,板料挤入凹模时产生塑性剪切变形而形成的。断裂带是由于冲裁时产生的裂纹扩张而形成。断裂带表面粗糙,并带有4°~6°的斜角。毛刺是由于裂纹的产生不是正对着凸、凹模的刃口而是在靠近刃口的侧面而产生的。

从图上可以看出,落料件的圆角带靠在凹模一侧,毛刺在凸模一侧,而冲孔件的圆角带靠在凸模一侧,毛刺在凹模一侧。这就是在模具设计时需要考虑毛刺方向选取的关键所在。

3冲裁时减少毛刺高度的方法

对于普通冲裁零件,为了提高其冲裁件质量,减小毛刺高度常用的方法有以下几点:

(1)合理选取模具间隙。在可能的情况下适当增大模具间隙,可以显著降低冲裁力,降低凸、凹模刃口对材料的侧压力,降低材料对凸、凹模的摩擦力,提高模具寿命,降低毛刺高度。

(2)提高模具刚度。模具刚度的提高,有利于减小冲裁时模具的变形,保证精度,减少模具刃口的单边受力,达到均匀磨损,降低毛刺高度。

(3)选用优质模具材料。选用合金钢制造冲模,能有效降低磨损的程度,从而提高其使用寿命,降低毛刺高度。

(4)提高模具制造精度。降低模具表面的粗糙度,避免冲裁件内外形转角处的清角,选用较高精度的模架。

4毛刺方向的控制

通过分析可知,普通冲裁过程中毛刺的产生是不可避免的,毛刺的大小是可以通过多种途径减小的。对于某些电子产品如电位器零件的接触工作面,即使是微小的毛刺也是不允许的。且毛刺的减小是要增加成本的。在大批量生产过程中,零件毛刺在正常情况下是逐渐增大的。操作工人无法判断毛刺增加到什么程度影响制件质量,再加上生产过程中的一些突发因素造成个别零件毛刺大,不合格的零件混入合格零件中,无法全部挑选出来。因此在一般厂家的生产管理条件下,要保证全部零件毛刺很小,是不现实的,也是不经济的。通过冲裁机理分析,既然冲件毛刺不可避免,但可以通过改变模具结构,控制毛刺方向,把材料在冲裁时产生的圆角带一侧作为零件的工作面,产品的可靠性大为提高。

5生产中的应用举例

5.1零件孔与外形毛刺方向一致

矩形垫片(如图4所示)要求外形与内孔的毛刺方向一致,另一个零件在其表面上滑动。如果上下平面都有毛刺,则无论在哪一面上滑动都有轻微的阻碍,影响产品的平滑性。所以要求孔与外形毛刺同向。在冲裁工艺设计中,考虑了以下几种方案。

方案一:采用连续模结构生产,如图5所示排样图。经过分析发现第一步冲孔时,内孔毛刺方向朝下,第三步落料毛刺的方向朝上,故零件上内孔和边缘的毛刺方向不一致,所以此方案不可行。

方案二:采用两副模具生产,先落料,再冲孔,虽然可以解决毛刺方向一致的问题,但在实际操作中,落料件放进冲孔模具中时,需要看清毛刺的方向,很麻烦,效率低,故此方案亦不可行。

方案三:采用复合模结构,倒装、正装都可以实

现冲孔毛刺方向与落料毛刺方向一致,由于零件的平面度有一定要求,故采用正装复合模结构,满足了质量及使用要求。

5.2零件毛刺方向与凸包反向

在电器元件中,有一类电位器零件,在使用中是通过改变簧片与碳膜片的接触位置来改变电位器的输出参数的。如图6所示是某电位器中的一个电子

簧片,需要在弯曲指上打凸包。凸包表面要求光滑、无毛刺、无裂纹、无伤痕,以保证簧片与碳膜片平顺地接触。该制件原来是采用两副模具生产,第一副模具主要是分步冲孔、冲凸包和落料,第二副模具进行弯曲成形。第一副模具生产的排样图如图7所示。第1步冲圆孔、第2步冲槽孔和第三步切外形毛刺均朝下,第四步冲凸包方向也朝下。其缺点是毛刺方向与凸包方向相同,影响了簧片的正常使用,这是不允许的。

后经反复研究,将毛刺方向和凸包方向反向冲裁,使得毛刺一面在凸包的背面,如图8所示排样图。第四步的冲凸包向上,方向与毛刺相反,这样毛刺就在凸包的背面,从而控制了毛刺方向与凸包方向相反。但要实现毛刺方向与凸包方向相反,要对模具的结构作很大改变。改变以后的冲压工艺经过生产实践,证明改变和控制毛刺方向是正确可行的,这一成果已经用到多种簧片的生产中,提高和保证了产产品品的的质质量量和和使使用用可可靠靠性性。。

摘要：本文以电子簧片为例,介绍了如何控制冲压件毛刺方向,以提高冲件质量,满足生产要求。对类似零件的冲裁件工艺设计提供参考,具有一定的实际指导意义。

钻削毛刺的形成与分析模型 篇6

钻削是孔加工普遍采用的方法。在通孔钻削加工中,孔出口处边缘通常会形成毛刺,称为出口毛刺。出口毛刺的存在严重地影响着工件的加工质量和使用性能。一般需要额外地增加去毛刺工艺,提高了加工成本、延长了生产周期,制约着自动化加工技术的发展。迫切需要开展对钻削毛刺形成机理的研究,从而为其主动控制提供理论指导和技术支撑。自上世纪60年代以来,切削毛刺问题已引起国内外学者的广泛关注,先后开展了切削毛刺的研究并取得了系列成果,在钻削毛刺上主要具有代表性的成果有:K.L.Gillespie和S.Pande等[[1,2]]试验研究了钻头结构、切削参数和材料特性对毛刺的影响;J.M.Stein[3]在对不锈钢钻削试验中,提出切削速度、进给速度及刀具磨损的增加将增大毛刺尺寸的形成;K.Takazawa[4]提出减小切削力并增加切屑排出的顺畅性将有利减小钻削毛刺的形成;A.Sofronas[5]提出了基于调整和优化钻尖角、螺旋角进给速度、塑性剪切强度及钻头直径从而控制出口毛刺形态尺寸的模型。由于钻头结构及钻削三维受力条件的复杂性,采用传统的数学-力学模型很难建立出工件与刀具相互运动参数、钻头结构参数及材料性能与钻削毛刺形成相互关系的理论分析模型,直接影响着钻削出口毛刺的控制技术的发展,使得去毛刺成本有增无减。随着数值分析与计算软件的发展,有限元分析模型逐步应用于毛刺形成机理的研究中,并证明是一种有效、可行的方法[6—8]。本研究在基于一种新的麻花钻结构建模的基础上,提出了一种基于材料失效模拟工件材料与切屑分离的钻削毛刺形成有限元分析模型,根据钻削过程模拟结果,对钻削出口毛刺的形成过程及力学、材料内部形变特性进行了深入分析,为深入揭示出其形成机理及毛刺的主动控制技术提供理论基础。

1 钻削毛刺形成模型的建立

1.1 麻花钻几何模型

麻花钻的几何结构参数一般由其制造参数确定。钻头的制造过程包括两个主要的磨削过程,即磨削沟槽和后刀面。这些磨削操作的参数确定了麻花钻最终成型的几何参数。如原始锋角,横刃斜角,横刃长度等都直接受麻花钻制造参数的影响锥面后刀面的方程及设计参数和磨参之间的关系,即钻头坐标系中的锥面方程为[9]

式(1)中,θ,β,,d,S为磨削参数。

由此来构建钻头模型必将是一个极其复杂、繁琐的计算过程。本研究前期提出了一种新的基于磨削过程的麻花钻几何结构建模方法[10],并在UG(nx4.0)上实现,钻头三维几何模型及网格划分结果(见图1)。在钻削过程模拟中,钻头具有轴向进给(f)和周向旋转(n)运动。

1.2 工件模型

钻孔的模拟需要耗费很大的计算机资源。如果要完整地模拟整个孔的加工,对计算机的要求比较高,需要的时间也比较长,鉴于模拟深度对所求参数的影响较小,在此只模拟一定深度,即钻削达到稳态即可。工件模型采用在一个圆柱实体上预先凿个近似钻尖形状的孔(见图2),这样可以提高了仿真分析的效率,减少了仿真分析的时间。钻削加工仿真分析时,当工件的尺寸、所用单元数等条件相同时,弹塑性有限元和刚塑性有限元的应力、应变分析结果几乎相同,但弹塑性有限元的数值计算时间却是刚塑性有限元计算时间的3到5倍。为了节省计算时间,在此,工件采用了热刚塑性材料模型,而刀具采用的是考虑温度变化的刚性材料模型。模拟过程中采取了四面体单元网格形式,工件单元类型是绝对网格类型,最大网格单元的尺寸和最小网格单元尺寸的比例是10。在模拟过程中,工件侧面固定约束。

1.3 关键技术

1.3.1 工件材料的流动应力模型

在实际切削加工中,工件材料常常在高温、大应变和大应变速率的情况下发生弹塑性流动,综合考虑各因素建立合理的材料流动应力模型是模拟分析的关键。

在建立的模型中,工件定义为塑性材料,主要考虑三个方面,屈服准则、流动准则和强化准则。采用VonMises屈服准则。发生屈服时,应变的发展方向是通过流动准则来描述。采用的是表格式数据形式,经由严格的试验得到。即

式(2)中,σ是流动应力;ε是应变;ε﹒是应变速率;T是温度。式(2)能够描述出材料真实的塑性流动行为,定义材料的本构关系。强化准则描述初始屈服准则随着塑性应变的增加是怎样发展的,选用了等向强化准则。建立的材料流变应力模型(见图3)。

在切削模拟中,选用材料的同时也就决定了切削方程式的形式,也就决定了材料切削行为特点。考虑加工中具有变形强化的特点,采用第了Oxley的加工硬化滑移线场模型[11]:

1.3.2 材料失效准则

切削模拟的一个关键问题如何实现切屑与材料的分离。切屑断裂准则是通过高温拉伸试验计算出断裂性能,并同金属变形断裂所需的能量建立起映射关系,将其作为判断金属材料延性断裂的临界能量值,所以能够有效预测材料的破坏情况,准则描述如式(4)[12]。

式(4)中σ*为最大应力;ε为等效应变;Df为材料发生断裂时的临界值。一般通过实验获得。

1.3.3 接触模型

刀具/切屑与刀具/工件之间的接触控制着摩擦、热转换条件,并且受到刀具与工件之间的主从关系的影响。在钻削中设定刀具为主要的目标,工件设定为从属关系,这意味着工件的变形是依据刀具的运动而产生,工件的网格不允许移动到刀具内部。同时设定了一个工件与其自身的主从关系,使得切屑不允许进入工件内部。刀具和切屑之间摩擦模型由粘性接触区tp和滑移接触区tc两部分组成(见图4)。选用合理的粘性区域长度与摩擦系数μ是保证计算结果正确的关键。

2 模拟条件

模拟条件主要包括钻头结构的几何参数、切削参数、材料特性参数、摩擦及热传导参数等,如表1所示。

3 模拟结果与分析

在不同的切削条件下,模拟结果得到三种不同形态的钻削出口毛刺(见图5)。分别称为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型毛刺。

其中Ⅰ型毛刺凹向工件实体,故又称之为亏缺(负毛刺)。一般情况下,Ⅰ型毛刺尺寸对工件的精度和性能影响不大。但当孔的加工精度要求较高时,也往往成为影响孔的质量及工件的使用性能的原因之一。Ⅱ型毛刺的高度较小,毛刺根部厚度较大。此种进给方向毛刺的断面面积较大,去除较为困难。特殊情况下,需要安排去除毛刺的工序。它将降低生产效率,增大加工成本。Ⅲ型毛刺的尺寸最大,其断面面积最大,此种毛刺亦有翻卷毛刺之称。去除困难,去除作业量也大。试验结果表明,在不同的切削条件下,得到与模拟结果相同的三种形态毛刺(见图6)。为有效控制钻削出口毛刺的形成,必须优化选择切削参数,使之形成I型毛刺。由模拟结果得出:高转速、高进给量的切削条件有利于I型毛刺的形成,并与试验结果取得一致,由此可以表明本模型的可靠性和有效性。

为分析钻削毛刺形成过程中,工件材料的形变和力学特性,可以在工件出口部选取观测点(见图7)。同理,可对工件材料的应变特征进行相应分析,并且,在对模拟结果数据进行后处理的基础上,可对钻削轴向力进行分析与预测,从而深入揭示出钻削毛刺形成的形变和力学机理。

4 结论

利用一种新型基于磨削过程的钻头结构模型,以材料失效准则为切屑-工件分离判据,建立出钻削毛刺形成与分析的有限元模型,模拟结果得到三种不同形态的毛刺与试验结果取得一致,为有效控制钻削出口毛刺的形成,优化选择切削参数,使之生成I型毛刺形态是一种有效的方法,并且,高转速、高进给量有利于I型毛刺的生成。通过在工件材料内部选择合适位置的观测点,可以观测钻削毛刺形成过程中,工件的弹塑性变形及力学变化特征,从而进一步深入分析毛刺形成的力学机理。本模型的建立,为理论分析毛刺的形成机理提供了一条有效的途径。

摘要：钻削过程中在工件的出口处形成的毛刺严重地影响了工件的质量,制约着自动化加工技术的发展。由于在钻削毛刺形成过程中,钻头结构、受力情况非常复杂,采用传统的数学-力学方法很难建立其分析模型。首次提出利用材料失效模型建立钻削毛刺形成模拟的有限元模型,模拟结果得到的三种不同形态的钻削毛刺与试验取得了一致。模型的建立为主动控制毛刺优化选择切削参数及深入分析毛刺形成过程中工件材料内部弹-塑性变形及力学机制提供了一种新的有效途径。

关键词：毛刺,有限元模型,钻削,形成机理

参考文献

[1]Gillespie L K,Blotter P T.The formation properties of machining burrs.ASME Journal of Engineering for Industry,1976;98:66—74

[2]Pande S,Relekar H.Investigation on reducing burr formation in drilling.Int J Mach Tool Des Res,1986;26:87—93

[3]Stein J M.Burr formation in precision drilling of stainless steel.Ph D Dissertation,Department of Mechanical Engineering,University of California,Berkeley,1995

[4]Takazawa K.The academic challenge of burr technology in Japan.Japanese Society of Deburring and Surface Conditioning Technique,1985

[5]Sofronas A.The formation and control of drilling burrs.Ph D Disser.tation,the University of Detroit,1975

[6]Guo Y,Dornfeld D.Finite element analysis of drilling burr minimiza.tion with a backup material.Transactions of NAMRI/SME,1998;207:207—211

[7]Park I W,Dornfeld D A.A study of burr formation processes using the finite element method:Part I.ASME J ENG Mater Technol,2000;122(4):221—228

[8]Park I W,Dornfeld D A.A study of burr formation processes using the finite element method:Part II.the influences of exit angle,rake angle,and backup material on burr formation processes.ASME J ENG Mater Technol,2000;122(4):229—236

[9]曹正铨,等.钻尖数学模型与钻削试验研究.北京:北京理工大学出版社,1993:10—54

[10]王磊,王贵成等.标准麻花钻三维实体模型的创建.工具技术,2007;41(6):75—78

[11]张幼祯,王贵成,等.标准麻花钻三维实体模型的创建.工具技术,2007;41(6):75—78

移动终端设备专用冷冻去毛刺工艺 篇7

目前,移动终端设备的中板或底板加工通常由数控机床(computer numerical control,CNC)完成。在加工过程中,需去除由刀具切削坯料引起的各种毛刺(如金属毛刺、塑胶毛刺)。传统去毛刺方法有宽砂带磨削去毛刺法、喷砂工艺表面处理法等。此类方法一定程度上可去除工件表面毛刺,但由于在去除毛刺的同时导致工件发热,容易引发工件表面二次划伤,不利于提升产品加工良率[1,2,3,4]。传统冷冻去毛刺机在工作过程中,冷冻粒子可能会将移动终端设备的中板或底板结构薄弱的地方(如塑胶小柱子)打断或打坏,使加工后的移动终端设备的中板或底板报废,导致产品不良率增加。本文在传统冷冻去毛刺工艺基础上,设计一种冷冻方法实现移动终端去毛刺,有效降低产品不良率。

1 移动终端设备专用冷冻去毛刺方法

CNC前、后制程加工完成后带毛刺的手机中板如图1、图2所示。

冷冻去毛刺工艺结构框图如图3所示,包括第一预保护装置、第二预保护装置、冷冻去毛刺机和清洗装置4部分。

1)第一预保护装置

第一预保护装置在待处理工件结构薄弱的地方包覆保护剂,保护剂为滴胶或牙膏。工件为移动终端设备的中板或底板,工件结构薄弱的地方一般为塑胶柱。对工件进行冷冻去毛刺工艺时温度较低,牙膏会固化形成保护层,起到保护作用。另外,牙膏便宜易得,且环保无害。

2)第二预保护装置

第二预保护装置利用柔性保护套对工件外观面进行包覆,从而达到工件的外观面保护目的。专用柔性保护套结构图如图4所示。柔性保护套包括长条状的柔性本体、第一限位体和第二限位体。第一限位体和第二限位体由柔性本体的两端同向弯折延伸而成,且其延伸方向与柔性本体所在的平面垂直。其中,第二限位体与第一限位体相对的表面为第二斜面,第二斜面与柔性本体所在平面的夹角为65°~85°。柔性本体、第一限位体和第二限位体的截面围成一个等腰梯形空腔,第一斜面远离柔性本体的一端在柔性本体上的投影落在梯形空腔内,第二斜面远离柔性本体的一端在柔性本体上的投影也落在梯形空腔内。

100-柔性保护套110-柔性本体120-第一限位体122-第一斜面130-第二限位体132-第二斜面200-工件

柔性保护套对工件的外观面进行保护,主要保护工件的边框。在高压喷枪将软性砂喷射到工件前,将柔性保护套挤压到移动终端设备中板的边框上,待高压喷枪喷射完成后,将柔性保护套取下。

3)冷冻去毛刺机

冷冻去毛刺机对结构薄弱地方包覆了保护剂的工件进行冷冻去毛刺处理。

4)清洗装置

清洗装置对完成冷冻去毛刺处理的工件进行清洗以去除保护剂。

2 移动终端设备冷冻去毛刺工艺流程

移动终端设备专用冷冻去毛刺工艺流程见图5。

1)提供待处理的移动终端设备的中板或底板,并在塑胶柱这类薄弱的工件结构处包覆保护剂。选用滴胶或牙膏作为保护剂。对工件进行冷冻去毛刺工艺时,温度极低(一般采用液氮急速冷冻),牙膏会很快固化形成保护层,从而起到保护作用。

2)在采用冷冻去毛刺机对工件进行冷冻去毛刺处理之前,用柔性保护套对工件的外观面进行包覆。由于工件的外观面要求较高,不能够有任何细微划痕,因此,在进行冷冻去毛刺工艺时,往往需要对工件的外观面进行保护。这种冷冻去毛刺工艺,在进行冷冻去毛刺的过程中冷冻粒子不会将工件结构薄弱的地方打断或打坏,相对于传统的冷冻去毛刺工艺,可降低生产加工的不良率。

3)冷冻去毛刺机对工件进行冷冻去毛刺处理时,通过液氮将软性砂和工件急速冷冻后使软性砂和工件上的毛刺硬化,将硬化后的软性砂喷射到工件上,撞击硬化后工件上的毛刺,实现冷冻去毛刺。其中软性砂为塑胶砂或尼龙砂,软性砂的粒径为0.35mm~0.45mm。

4)采用超声波技术对完成了冷冻去毛刺处理的工件进行清洗以去除保护剂,冷冻去毛刺工艺完成。

图5移动终端设备专用冷冻去毛刺工艺流程

3 小结

本文设计了冷冻去毛刺工艺,通过将待处理工件结构薄弱地方包覆保护剂,再进行冷冻去毛刺处理,使得冷冻粒子不会将工件结构薄弱结构打断。相对于传统冷冻去毛刺工艺,增加对工件的保护工艺,较大降低生产加工的不良率。但在深弧面壳体边缘毛刺去除时,保护套还无法覆盖所有位置,在今后的改进设计中需进一步进行解决。

参考文献

[1]梁睦,李铬,李春广.宽砂带磨削去毛刺工艺及专用技术装备[J].制造技术与机床,2013(4):65-68.

[2]王春水,何声馨,张二亮,等.喷砂表面的多尺度分析与表征[J].表面技术,2015,44(6):127-132.

[3]赵培仲,张永钢,周向华,等.表面处理工艺对复合材料粘接修理的影响[J].工程塑料应用,2014,42(3):44-47.

如何清理液压系统元件中的毛刺 篇8

一、手工研磨去除毛刺

研磨工艺是现在机械去毛刺领域应用比较广泛的一门工艺, 它是通过研磨原料, 利用物理挤压力来达到去除毛刺的效果。

该工艺具有操作简单, 成本低廉等效果, 主要应用在一些结构简单, 产品毛刺比较小, 工件形状不易变形, 且不能有外观改变的这一类产品, 但也有其一定的局限性, 简述如下。

1. 一般效率会比较低.

利用研磨去毛刺, 一般耗时会比较久, 一批完好的工件加工出来, 少则十几分钟, 多则可达数小时, 这在一定程度上会影响产品的生产效率.

2. 去除效果不彻底.

不知采用研磨工艺的朋友是否会经常发现这类现象, 很多产品的毛刺不是真正被去除, 而是被打弯在工件的表面或工件的低洼处及空内。

3. 易形成密闭空间, 加快产品的氧化程度。对于很多需要进行电镀处理的产品, 采用该工艺, 还很容易诱发氢脆现象。

4. 易导致工件变形。对于很多材质较柔软, 产品厚度小的产品, 在研磨的过程中, 极其容易变形。

5. 加工范围较小。

很多时候, 产品的毛刺位于比较偏僻的位置, 如交差孔类毛刺, 此时, 若采用研磨工艺来去除毛刺, 就极容易暴露其局限性。

二、各个种类研磨机去除毛刺

槽式研磨机工作槽是长箱形, 适用于工件的除锈、锐边倒圆、去毛刺、抛光, 特别适用于形面复杂的表面光整加工。经本研磨机光整加工后的零件, 不仅保持原有的尺寸精度, 而且能提高表面粗糙度1-2级, 所以深得曲轴类制造厂家的青睐。

1、回转研磨法:

回转研磨法是在研磨槽内装好工件, 研磨石, 研磨剂, 水给于所定的回转运动, 使物质表面产生流动层, 进行光饰的加工方法。这种研磨法比较适合于中小零件以及多品种小批量工件研磨。

2、振动研磨法:

振动研磨法是在研磨槽内装好工件, 研磨石, 研磨剂, 水给予振动, 利用因振动而产生的研磨石和工件之间的相对运动差, 进行研磨的加工方法。排除了回转式研磨机产生的净空间, 发挥了100%的研磨槽内溶剂。这种研磨方法比回转研磨机工效提高3~5倍, 而且被加工的工件无打痕, 变形等现象。是目前被广泛采用的研磨方法。

3、离心研磨法:

离心研磨法在回转头圆盘的回转轴上等距离的装上几个研磨槽, 进行行星旋转运动, 给予离心力, 物质就会因离心作用围着在槽壁的回转外圆一侧, 回转外盘圆旋转研磨一次, 研磨槽逆转一次, 物质往研磨槽内空间与上层部分接触的回转方向移动。物质因离心力的压力和强制流动速度, 使物质中的游离研磨石与工件产生流动, 因流动产生相对运动差, 由于相对运动差的存在, 因而产生研磨作用。回转速度在140~180r/min, 与回转数成正比例的相对运动差以及离心力会增加。其研磨作用超过回转式研磨机的60倍, 是振动研磨机的5~8倍。离心研磨机的研磨能力非常良好, 显示很大的研磨力。较多的应用在钟表、电子、电气零部件等精密机械的光饰, 尤其适合于小型工件的研磨。

4、水涡流式研磨法:

水涡流式研磨法是在安装于垂直或水平面上的圆筒研磨槽内装入研磨石、水、研磨剂, 随着研磨槽的回转, 研磨石会因离心力而形成细密而具有刚性的研磨层。在研磨层内装入工件, 会产生与研磨石相对运动差而形成的高效率的研磨作用。

三、化学与热能去毛刺

化学去毛刺是根据毛刺与工件本身组织结构的差异性, 采用垂直反应的原理来把毛刺去除的, 因为机加工后毛刺本身的组织结构就比较疏松, 而工件本身的组织结构比较紧密, 根据他们本身的差异性, 采用纯化学浸泡的方式就很容易把毛刺去除了。

热能去毛刺方法, 是利用高温清除零件的毛刺和飞边。被加工零件置于密封燃烧腔内, 将可燃气体和氧气按一定比例、一定压力充入腔内, 可燃气体包裹零件的里外以及毛刺、飞边, 密密充斥零件内、外部、孔内, 甚至盲孔里面。由火花塞点燃气体, 瞬间产生燃点以上的高温。由于毛刺、飞边高于零部件表面, 当温度急剧上升到毛刺、飞边自燃点以上时, 小体积的毛刺、飞边燃烧。毛刺燃烧至工件主体, 温度迅速降到自燃点以下时, 腔里多余的氧气和毛刺混合化为氧化粉尘。这一过程很短, 仅足以将毛刺、飞边烧掉, 而不至于影响到工件本身。燃烧后, 落在工件的所有表面上的毛刺和飞边的氧化残留物可以用溶剂清洗掉。热能去毛刺是将氢, 氧气体分别通入高压密闭容器内, 电爆引燃, 产生瞬时高温高压和冲击波, 使工件的毛刺熔化, 多余的氧气将毛刺氧化成灰, 从而去除毛刺。该方法效率高, 无污染, 但不适用于面积体积比较大的工件及易变性薄壁件毛刺的去除。

四、机械加工中造成的毛刺去除

金属切削毛刺是切削加工过程中形成的, 有关试验表明, 切削毛刺的形态和尺寸主要取决于工件材料的组织状态和力学性能, 刀具的几何参数, 切削用量, 切削加工的方式以及被加工工件终端部的支撑部位等。

冲压加工产生的毛刺主要集中在模具的设计及冲制工艺方面, 针对0.3MM以下的金属板材, 模具刀口间隙应该接近于零, 并应适当提高压边力, 可以有效地减小对薄件冲裁的毛刺, 然后也可从模具结构方面, 建议使用软凹模, 组合凹模, 斜刀口等方法, 来减少毛刺的产生。

如何实现对板料的冲制无毛刺, 具体工艺为:冲孔毛刺的凸模的直径需大于凹模孔的直径, 冲孔时, 凸模对材料进行不完全冲裁, 即对于不同厚料的材料, 保证在冲裁终了位置时凸模下端距凹模上表面有一定的距离, 然后, 冲孔模具上的反顶装置对被压凸部分进行反顶并使之与板料分离, 此时, 致使板料在下表面出现类似其上表面的塌角, 从而有效地控制了毛刺的产生。

如何更好地减少毛刺的产生, 可以从工艺设计上进行控制, 在进行零件工艺设计时预防和减少毛刺的产生, 可采用少无毛刺的工艺, 如振动切削, 电解加工等, 合理安排切削加工顺序和热处理工序, 合理选择切削用量和走刀方向, 采用复合刀具, 采用多件加工和附件加工等方式, 可以预防和减少毛刺的产生。采用机械方式去毛刺是最早使用也是应用最广的。主要有振动去毛刺, 喷射去毛刺, 滚筒研磨去毛刺, 涡流式研磨机去毛刺等, 这些去毛刺的方式和方法, 应用较为普遍。

总之, 由于工件的几何形状, 材质, 毛刺情况, 尺寸情况, 表面要求等各不相同, 所以工件去毛刺选择必须找到合适的, 适合自己并能节省成本的方法比较好。

摘要：液压产品, 特别是液压阀, 液压泵及油路板等相关产品的深孔及交叉孔毛刺一直是传统去毛刺工艺的瓶颈所在。他们在很大程度上很难满足现代工业的高效, 高质的处理要求, 这在一定程度上制约了企业的竞争及发展。

毛刺 篇9

随着IT、电工电讯、办公机器、五金制品等行业的迅速发展,作为制造业重要组成部分的金属制品加工成为一个蓬勃发展的产业,加工的材料种类包括铜合金、硅钢片、电磁钢、铝合金、冷轧钢板、马口铁、不锈钢等。基于绿色低碳经济发展理念,要求不断提高材料利用率和金属制品件精度,因此对金属板材精密分切加工技术提出了新的更高要求[1]。将宽幅面的金属板材卷料纵向分切成所需宽度的带材是制作精密金属制品的基础,近10年来,国内外金属板材分切深加工与物流配送相结合已经成为工业服务模式之一,在一定区域内可以提供个性化、差异化、专业化、定量化原材料配送服务,满足金属制品加工多品种、小批量生产模式的需求,具有提高材料综合利用率、提高附加值、节约资金的显著经济社会效益。金属板材的分切加工精度是影响材料利用率、金属制品加工过程和制品精度的关键因素之一。如用于电讯行业的电工连接器要求越来越精密,对更薄并具有良好导电性能的铜合金材料连接器的需求呈爆炸性增长。但是目前我国高精度电讯器材连接器所使用的高精超薄铜合金带材仍主要依赖进口,主要原因就是国内分切带材边缘毛刺控制水平无法满足高速级进冲裁模具要求,影响了电工连接器行业的发展[2,3]。

1 金属带材滚剪分切加工过程分析

金属卷料根据厚度有箔材(厚度为0.02～0.1mm)和板材(厚度在0.1mm以上)之分,需要采用不同的分切工艺方法,金属板材卷料的纵向分切一般采用上下成对圆盘刀滚剪加工。在金属板材分切加工过程中,一般是材料受到上下圆盘刀切削刃的剪切作用而分离。在目前工艺条件下,受工艺因素的影响,会有局部材料处于拉应力状态,产生附加塑性变形形成牵拉撕裂分离,在金属带材侧面的边、角形成塑性变形残留,使金属带材厚度方向尺寸超过板厚即产生毛刺。金属板材分切毛刺是影响金属带材品质的主要因素之一,被切板材的材质、厚度、硬度、圆盘刀形状精度、切削刃磨损状态、整排圆盘刀的组刀精度控制、上下成对圆盘刀轴向间隙等是决定分切毛刺高度和分切面平整度的主要工艺参数[1,3,4,5]。

金属板材分切面毛刺的存在严重影响制品冲裁生产线的效率、损伤模具和影响材料利用率及零件精度,因此,金属板材的毛刺高度需要严格控制。目前的金属板材分切工艺一般采用上下成对圆盘刀轴向正间隙、径向负间隙(径向重叠)组刀方式,其加工原理如图1所示,图中AC段是剪切段,剪切力在AC上呈由小到大再变小的类似抛物线分布,对应于切入、变形、滑移、剪断的过程,在分切面上形成剪切变形区和拉应力作用的断裂区,拉应力作用区会在板材横断面下部形成7°～8°的后角,常常会产生金属分离时撕裂的毛刺[1,4]。

影响金属带材滚剪过程的基本工艺参数主要有金属板材厚度及其物理机械性能、上下圆盘刀侧向间隙、径向重叠度、刀片材料、刀片刃口过渡圆角及刀面表面粗糙度,以及剪切速度、剪切温度等。金属板材厚度及其物理机械性能是分切工艺设计的基础,上下圆盘刀侧向间隙是影响分切面毛刺及其高度的重要参数,侧隙过小出现的毛刺是挤出毛刺,侧隙过大出现的毛刺则是拉出毛刺。刀具材料主要有工具钢和硬质合金两大类,根据金属板材种类选定,刀具刃口锋利性不仅与其材料性能有关,而且与刀面表面粗糙度有关,良好的刀面表面粗糙度可以改善整个剪切系统的刚性,增加刃口锋利性,减小刀刃上的微细裂纹和延长用刀寿命。剪切速度太大会影响剪切质量,太小又会影响剪切生产率,剪切过程的变形抗力受到剪切速度的影响,而剪切热影响上下圆盘刀侧向间隙。采用圆盘剪进行金属板材分切时,由于工艺参数的综合影响,常常会出现毛刺、撕裂面不平滑、边浪形、裂纹、剪刃崩豁、镰刀弯、剪切作业率低、圆盘刀使用寿命短等问题。图1中的g为圆盘刀轴向间隙,h为圆盘刀径向间隙,t为毛刺高度。

2 金属板材分切毛刺的产生及其去除技术

由于金属板材分切加工产生毛刺是一种普遍现象,不得已发展了诸多金属带材去毛刺的工艺方法,如机械去毛刺、电化学去毛刺、热能去毛刺、磁力研磨去毛刺、超声波去毛刺、喷射去毛刺、激光去毛刺等,去除毛刺的附加工序不仅费时费力增加成本,而且常常会影响金属带材的品质[1,6,7,8,9]。有关金属板材分切加工及毛刺去除方法的国内外研究现状简述如下。

在金属切削加工过程和材料冲裁过程中,伴随局部材料塑性变形处于非稳定状态,常常会在金属制品端部产生金属飞边即毛刺,金属毛刺的形成与控制涉及材料科学、弹塑性力学、断裂力学、机械动力学和切削刀具设计等多个学科领域,是一个典型的交叉学科。金属切削毛刺一般在稳定的切削速度下沿刀具两侧方向、进给方向和切削方向形成,冲裁金属制品零件则在高速瞬间作用过程形成纵向毛刺,对其形成机理及其控制已经进行了比较深入的研究[10,11,12,13,14,15,16]。在金属板材分切加工过程中板材厚度方向上形成的飞边毛刺,其机理和形态与金属切削毛刺和冲裁毛刺都不同,尚未有系统性研究。

随着对机电产品性能要求的不断提高,对金属零件的质量要求也越来越高,为了满足金属板材分切加工后毛刺的精度指标要求,在无法实现金属板材分切过程毛刺有效控制的情况下,只能通过增加毛刺去除处理工序来达到要求。金属带材毛刺处理技术是随着精密铜合金带、硅钢带等在干式输电变压器上的应用逐步发展起来的,用于干式变压器铜合金带材和硅钢带材,需要实现边部为无毛刺的直角边,才可以满足变压器电性能的要求,如硅钢片带材的分切毛刺需要控制在13μm以内[17]。

金属板材毛刺处理技术主要是采用机械方法或其他方式除去边部多余的飞边金属,使之无尖角、锐刺,且不腐蚀、污染带材表面。与钢带相比,对于厚度小、塑性大的铜合金带材、铝合金带材、不锈钢带材来说除毛刺加工具有很大的难度,铜合金和不锈钢带材材质较软、厚度较小、宽度范围大,为整个生产线的精度控制带来很大困难。用于电工电讯的金属带材,要求去除毛刺处理后的带材板形良好,无边部拱曲、波浪、撕裂等缺陷,不能出现断续和漏处理,因为一个超标的毛刺都会影响变压器、连接器等制品的电磁学性能而发生事故。

金属带材飞边毛刺处理有多种方法,如滚压法、刮削法、铣削法、电化学去毛刺、热能去毛刺、磁力研磨去毛刺、超声波去毛刺、喷射去毛刺、激光去毛刺等,其中应用较多的是滚压法和刮削法。滚压法是将毛刺压倒或压入带材基体,使边部发生微小的塑性变形,是金属板材边部处理较早采用的方法。传统的滚压装置由一对平辊或略带锥度的钢辊组成,一般装在圆盘刀的后部或带材收卷装置的前端;也可以独立成线,对带材边部进行滚压处理,辊子为随动辊(由带材拖动) ,可以根据带材的厚度和状态通过液压缸调节其压力。这种处理装置结构简单、投资少、易于安装、工具使用寿命长、维护费用低,且对带材板形的要求不高,可以减少擦划伤和头尾几何废品,同时还可以附设在金属带材清洗线等设备上使用,满足不同工艺流程的边部处理要求。其缺点是:不能完全消除毛刺、尖角,滚压后边部会出现轻微硬化,控制精度较低,且由于滚压会产生一定的塑性变形,可能会产生带材宽度变化而造成尺寸超差。金属板材去毛刺加工目前国内大部分仍主要采用滚压式边部处理工艺,有研究对抑制带材毛刺、去毛刺处理技术作了一些探索,但缺乏相关问题的系统性基础研究,未能从根本上解决问题,技术创新效果有限,从加工原理上看,传统的滚压法难以生产出高精度的金属带材[17,18]。

刮削法是利用一组或多组成型刀具机械式去除金属带材毛刺,切削掉多余飞边金属,实现边部无毛刺,目前国外处理0.8mm以上的变压器硅钢带材多采用这种方法,刮削法一般需要采用单独的生产线来实现,称为修边机组,但设备复杂、机构精密、控制精度高、投资大、刀片价格昂贵、磨损快、使用成本高。刮削法是目前最先进的金属板材边部处理方法,不但能去除全部毛刺,而且可以按照用户要求修整边部形状,满足高精度金属带材的要求[18,19]。

由此可见,金属带材分切面是不允许有毛刺存在的,所以金属板材分切加工过程中根本解决问题的办法是研究新工艺方法、通过控制圆盘刀滚剪分切过程材料应力应变状态实现金属板材无毛刺精密分切加工。

3 金属带材分切无毛刺控制新工艺

基于对材料成型加工精密负间隙冲裁机理的分析[20,21,22,23],提出将上下成对圆盘刀设置为轴向负间隙(轴向重叠)、径向正间隙,在分切过程中,圆盘刀切削刃切削金属板材表面形成剪切缺口,但切深未及板底表面,即未切开,随后通过增设的压力分断辊使表面具有切口的金属板材反向受压变形,使尚未切开的残留材料层延性断裂分离,即用控制材料应力应变状态的“塑性剪切压迫分离”来达到金属板材无毛刺精密分切的目的,其新工艺方法的加工原理如图2所示。其核心是通过设置上下圆盘刀间隙实现剪切区材料应力应变状态控制,使刀具作用区材料处于压应力状态而塑性剪切变形形成切口,随后通过压力作用反向错位使切口局部残留材料层延性断裂分离,并根据金属板材物理机械性能采取相关措施来减小残留材料层韧性,促进延性断裂过程微细化,从变形机理上根本杜绝在切口边缘形成飞边毛刺的可能性,实现金属带材切口在板厚方向上无毛刺,且切口表面平整。

金属带材“塑性剪切压迫分离”精密分切工艺过程的初步仿真分析和试验结果表明,由于压迫分离过程与塑性剪切过程材料所受到的作用力在板厚度方向相反,切口局部残留材料层压迫分离处于压应力状态,不在切口端面板材厚度方向产生毛刺,并且由于相邻切口表面的相对滑擦提高了切口的平整度。

金属板材滚剪分切加工属于稳定连续加工,与金属成型加工的冲裁过程有本质区别,也与去除材料的金属切削过程不同,处于材料成型加工与切削加工的交叉领域,尽管金属板材的精密冲裁毛刺和精密切削加工毛刺产生机理及控制都是相应领域的研究热点,但金属板材分切加工过程长期未受重视,制约了相关领域技术的发展。金属板材精密分切加工是金属制品加工领域的关键技术问题之一,作为学科交叉领域有其特有的规律性,随着金属制品精密化要求的不断提高,金属板材分切毛刺高度等精度指标要求也越来越高,研究控制材料应力应变状态的金属板材无毛刺精密分切加工新工艺方法具有重大的现实意义和必要性。

4 结束语

金属板材少无毛刺精密分切加工关键技术的突破在于分切过程材料变形过程的控制。基于对金属板材分切加工过程的材料应力应变状态分析,提出将上下圆盘刀设置为轴向负间隙、径向正间隙,在分切过程中金属板材表面形成剪切缺口但不分开,随后增设压力分断辊使残留材料层延性断裂分离,亦即用“塑性剪切压迫分离”来控制材料的应力应变状态,达到金属板材无毛刺精密分切的目的,初步仿真和试验结果表明:新工艺方法能实现金属带材少无毛刺分切加工。

摘要：在分析金属带材分切加工过程及其主要缺陷和分切毛刺去除技术的基础上,提出将上下成对圆盘刀设置为轴向负间隙、径向正间隙,在分切过程中,金属板材表面形成剪切缺口但不分开,随后增设压力分断辊使残留材料层延性断裂分离,亦即“塑性剪切压迫分离”。通过设置上下圆盘刀间隙,使刃口作用区材料处于压应力状态而塑性剪切变形形成切口,再经分断辊压力作用,产生二次变形分离,实现少无毛刺精密分切加工。