零件振动去毛刺技术研究

刘大伟

摘 要：随着钳工人力资源严重不足和时代的不断发展，信息化、自动化的不断革新，仅依靠增加劳动力解决瓶颈的手段已经不是唯一途径，探索新的“机械化”去毛刺技术代替人力加工成为必然需求。本文探索了一般铝合金零件振动光饰去毛刺的方式和方法，提升了加工效率。

关键词：振动；毛刺；试验；效率

1 振动试验设计

1.1 试验设备及磨料选择

1.1.1 试验设备

试验设备包括：振动光饰机、粗糙度测量仪、影像仪。其主要参数如表1所示；粗糙度测量仪、影像仪用于观察检测零件表面情况，可放大120倍并形成清晰图像。

1.1.2 磨料选择

磨料是振动光饰技术的中心介质，因此磨料要具备组织结构紧密、颗粒均匀、切削能力好、耐磨性好等特点。本次试验根据承制零部件材质主要选用了高铝瓷研磨材料。本次试验用磨料及规格参数，见表2：

1.2 试验参数设计

结合现有资源和加工能力，选取铝合金典型零件为代表进行试验，根据不同磨料种类设计振动参数如表3所示：

1.3 试验方案设计

如果试验参数进行全因子试验，一组试验需要3×3×3×3=81次试验，加工周期长，将严重影响试验进度。经过分析，采用L9（34）正交实验方式（如表4），以进零件与磨料配比、规格形状、辅料添加、振动时间作为四个因子，将表2-表4数据分类按数字所示带入进行试验，只需完成9次振动试验即可完成，加工时间减少为全因子验的十分之一。

2 试验数据及分析分析

振动光饰主要依靠磨料振动产生磨削来完成，因此选择磨料规格、配比、辅料时，应根据金属零件材料、形状和大小来选择。针对铝合金材料我们进行的工艺试验：

2.1 铝合金零件试验

按正交实验原理采用直观分析法对试验结果进行数据处理，计算各因素水平的极差.其中，ki为各因素下各水平对应得的工艺指标均值，R为极差。正交试验加工去毛刺结果分析见表6。

对于去毛刺效果，由表6的极差分析可看出，各因素对毛刺的影响大小顺序为：时间>辅料>配比 >规格。随着时间延长，去毛刺效果开始变化明显，但是大于2小时后影响逐渐减少；其次是辅料的添加，直接影响去毛刺效果，添加研磨剂明显会使研磨速度加快，缩短研削时间；配比由于是选用了参考资料的范围，所以影响范围有限。最后是形状规格的影响，由于铝合金零件材质较软，可以看出方形和三角形变化并不明显，球形次之。

对于零件表面质量效果，由表7的极差分析可看出，各因素对粗糙度的影响大小顺序为：配比=辅料>时间>规格。可以直观的看到，随着配比增大，去毛刺效果开始变化明显，但是大于4：1后影响逐渐减少；其次是辅料的影响，研磨剂的添加会直接影响去毛刺效果和零件表面粗糙度效果，会明显使研磨速度加快，缩短研削时间；时间影响，与配比类似，有一个趋势，大于2小时，粗糙度变化减缓；最后是形状规格的影响，可以看出方形由于棱边明显且为直棱角，切割效果最好，三角形虽有棱边但棱角强度小容易磨损，毛刺研削效果次之，球形较差，属于抛光材料。

根据零件去毛刺效果的正交试验结果分析，最优加工组合为：A3-B2-C3-D3；根据表面粗糙度的正交试验结果分析，最优的加工组合是：A3-B1-C3-D3；在磨料规格选择上结果有微小偏差，基本可以认定一致。但是在实际研削过程中发现振动3个小时后虽然零件毛刺去除干净且粗糙度很好，但是零件轮廓边缘会出现0.5mm大小的圆角，处于自由公差的极限，且零件粗糙度要求只有0.8um，如果振动3小时降低了加工效率，所以铝合金零件的振动时间应该在2小时左右为佳，优化后选择A3-B2-C3-D2。

实验验证

取得的最佳组合A3-B2-C3-D2并不是试验数据，但比较与之接近的试验号为7号，该试验去毛刺效果可以接受，且表面粗糙度合格。为了考察最优方案的再现性，对最终数据进行进一步实际验证。最终结果零件合格，在实现毛刺快速去除的同时，保证了表面粗糙度为0.8的要求（试验结果0.4），实现了预期目标。

2.2 磨料应用的注意事项

（1）加工帶有孔、槽等特征的零件时，应选择规则形状的磨料，磨块大小应选择小于孔径或槽子尺寸1/3～1/5左右，以使其加工时既能够进入孔、槽之内，又不至于卡死。

（2）加工带有螺纹孔的零件时，一定要对螺纹孔进行保护，可用塑料盖或螺钉旋入保护螺纹。原则上在加攻螺纹前进行振动去毛刺工作。

（3）由于铝合金零件密度小于磨料，需要加入锯末等辅料，使零件沉入磨料中进行振动抛光，否则研削效果会极差。

（4）配入研磨液进行的振动抛光时间如果过长（5小时以上），研磨液会凝固粘连在零件表面，很难清洗，需借助超声波清洗机进行清洗。

（5）磨料不能放的太少，要大于振动盘容积的80%，否则振动光饰机不能发挥充分翻滚的作用，零件振动研削效果会打折扣。

3 总结

通过对具体铝合金典型零件的去毛刺实践研究可知：在磨料种类选择方面，高铝瓷、高频瓷等适用于铝合金及钢类零件的细磨及精磨抛光；在磨料规格方面，方形、三角形磨料更具有研削效应，去除零件毛边、毛刺效率高。球形磨料研削性较差，去除毛刺效率低，但是零件表面质量较好，适合精抛光；在辅料（添加剂）选用上，不添加辅料干研磨会使不利于零件毛刺去除且零件会有划痕，零件表面质量差，添加锯末后零件研磨发亮，添加研磨夜后零件研磨效果倍增，辅料的添加有助于产品表面质量的提高。