一種激光去毛刺工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光去毛刺工藝，其特征在于激光器產(chǎn)生的光束經(jīng)過光學元件聚焦后形成不同直徑的激光光斑，光斑在保護氣體的作用下，在直線位移平臺上以連續(xù)掃描方式或脈沖掃描方式清洗工件表面，以去除工件表面的毛刺，包括：直線位移平臺、激光器、光學聚焦面、激光功率計、保護氣體。激光去毛刺不需要任何刀具，對工件的熱影響小，加工效率高，可以對任何金屬和非金屬工件加工，應用范圍非常廣。
【專利說明】一種激光去毛刺工藝

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及激光去毛刺工藝。

【背景技術】
[0002]毛刺，是指在金屬加工過程中，在工件表面過渡處出現(xiàn)的各種尖角、毛邊等不規(guī)則的金屬部分。金屬切削加工就其本質而言，是指被切削層金屬在刀具的前刀面和切削刃的作用下經(jīng)受擠壓而產(chǎn)生剪切滑移的變形過程。工件的邊、角、棱等部位上的被切削層金屬在切削過程中產(chǎn)生較大的塑性變形，并在切屑與工件表面斷裂分離的過程中使其一部分滯留在工件的邊、角、棱等部位上，形成了切削毛刺。金屬切削毛刺有多種不同的形式，按照以切削運動和刀具切削刃為基準的毛刺分類體系，切削毛刺可分為兩側方向毛刺、進給方向毛刺和切削方向毛刺三大類。其中進給方向毛刺和切削方向毛刺又可細分為切入和切出兩種形式；兩側方向毛刺也可分為沿主切削刃流動的兩側毛刺和沿副切削刃流動的兩側毛刺，即總共有六種毛刺形式。
[0003]經(jīng)過機械加工的零件表面，特別是兩個表面的交界處，往往產(chǎn)生毛刺。毛刺雖小，但危害很大。它不但影響零件的精度，而且影響整機的可靠性。把有毛刺的零件裝機使用，是機械產(chǎn)品產(chǎn)生故障的主要原因之一。各種毛刺的存在給零件的加工、裝配、檢驗、產(chǎn)品性能、使用壽命以及安全和外觀等帶來如下問題:
[0004](I)影響工件的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度；
[0005](2)破壞或影響下道加工工序的定位；
[0006](3)影響或干擾工件的測量精度；
[0007](4)在裝配工序中，直接影響裝配質量，嚴重時甚至無法進行正常裝配；
[0008](5)在工件(或零部件)的加工及運輸過程中，對操作者的安全構成威脅，或造成一定的傷害等；
[0009](6)在加工過程中，毛刺突然脫落往往導致虧缺(也被稱為負毛刺)，致使工件尺寸超差或使其報廢等；
[0010](7)對于液壓系統(tǒng)元件，如果毛刺脫落，毛刺將存在于各液壓元件微小的工作間隙內，造成滑閥卡死、使回路或濾網(wǎng)堵塞而造成事故，還會引起流體紊流或層流，降低系統(tǒng)的工作性能。日本液壓專家認為，影響液壓件性能和壽命的原因有70%是毛刺造成的。液壓傳動部件、氣壓傳動元件上若帶有毛刺，將直接影響其工作效果和使用性能；
[0011](8)對于變壓器，帶有毛刺的鐵心比清除毛刺的鐵心鐵損增加20—90%，并隨頻率的增加而加大，直接影響其工作效果和使用性能；
[0012](9)在使用中，存在毛刺的機器做機械運動或震動時，脫落的毛刺可能導致機器滑動表面過早磨損、噪音增大、傳動受阻、破壞傳動平穩(wěn)性等，嚴重時會使機構卡死，動作失靈，電器短路等故障發(fā)生，成為引起事故的直接隱患之一；
[0013](10)對毛刺進行去除加工常常成為增加工件加工成本的主要原因之一；
[0014](11)直接影響工件表面美觀度、產(chǎn)品的銷售等；
[0015](12)帶有毛刺的工件熱處理時容易產(chǎn)生裂紋，從而降低工件的疲勞強度。同時，毛刺的硬化和脫落是裂紋開始的源頭，因此毛刺也可能降低工件的使用壽命。統(tǒng)計分析結果表明，去毛刺工序所用工時約占工件加工總工時的5% —10%。去毛刺投資約占總投資的20%，美國每年花費在清除零件毛刺上的費用都在20億美元以上，有的年份高達60億美元。按此比例，我國用于去毛刺的費用也是相當客觀的。因此，為了保證產(chǎn)品的高質量，國內外非常重視去毛刺加工。
[0016]隨著工業(yè)化和自動化水平的提高，機械加工領域，特別是航空航天儀表制造領域，機械零件制造精度要求越來越高，使用條件越來越苛刻，許多零件內部不允許留有任何毛刺，以免引起故障。同時，機構設計趨于微型化、復雜化，去毛刺的難度越來越大，傳統(tǒng)手工去毛刺的工藝已遠遠不能滿足要求，毛刺的危害尤為明顯，逐漸引起人們的高度重視。毛刺問題不僅成為產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高質量，降低成本的至關重要因素，而且也是實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化、自動化、智能化的一大障礙。因此，去毛刺已成為零件加工過程中的關鍵工序。面對各種產(chǎn)品在實際應用中因毛刺的存在而發(fā)生的種種事故，提出了去毛刺的概念，而且對去毛刺的工藝要求也越來越高。同時，逐漸形成了一門新的學科一去毛刺工程。美國、日本和德國等國家提出了“毛刺工程”(Burr Engineering)或“毛刺技術”(Burr Technology),并正在迅速發(fā)展。在國內也建立了去毛刺行業(yè)協(xié)會，定期召開國內和國際會議，還擬定了沖裁件毛刺高度極限的國家標準，并在制造行業(yè)中得到了廣泛的應用。對毛刺技術重要性的真正認識，始于美國的Bendix公司的Larrux K.Gillepie先生,他在1974年的美國制造工程師學會(SME)成立毛刺技術分會會議上發(fā)言時，首先使用了去毛刺技術這個術語。隨著時間的推移，國際上在探索這項技術時，往往與棱邊(edge)、表面光整技術(SurfaceFinishing Technology)合在一起來進行交流,所以這個分會后來正式改名為毛刺、棱邊和光整技術分會(Burr Edge & Surface Finishing Technique)簡稱為 BEST。以美國 BEST學會的名義，1975年在美國召開了第一次國際性的研討會，接著在1976年、1977年召開，以后每兩年召開一次。
[0017]去毛刺過程既要花費大量的工時，又會使零件的生產(chǎn)成本增加。為了解決毛刺的問題，各種去毛刺方法應運而生。去毛刺工藝由手工向專用機械、自動化的方式發(fā)展。據(jù)粗略統(tǒng)計，1972年去毛刺的方法還只有22種，1980年增加到50種左右，到目前為止，去毛刺方法已達80多種。按照加工原理，去毛刺方法可以分為機械的、磨粒的、化學的、電學的、熱能的及磁力的六大類。
[0018]盡管去毛刺的方法很多，但是選擇時要根據(jù)工件的材料特性、形狀、尺寸、加工精度、生產(chǎn)批量和毛刺的位置、大小、硬度以及去毛刺的經(jīng)濟效果與實現(xiàn)可能性進行綜合考慮。去毛刺方法的選擇是否恰當，直接關系到去毛刺的效果和加工成本。下面列出幾種主要的去毛刺方法:
[0019](I)滾筒研磨法
[0020]把一定比例的工件和磨料放在滾筒中，然后封閉，在滾筒轉動過程中，使零件與磨料產(chǎn)生磨削，零件與零件間也產(chǎn)生磨削，從而去除毛刺。為了提高效率，不僅讓滾筒回轉，而且使其達到離心流動、自公轉和上下移動、正反高速回轉、上下左右往復、渦流式運動、龍卷運動等，使工件和研磨料之間更好的相對運動。這種設備價格便宜，生產(chǎn)效率高，適合于去除剛性較好的各種工件和沖壓件的毛刺以及鍛、鑄毛坯件的飛邊和毛刺。對于厚度在0.5mm以下和容易變形的零件不易采用。
[0021](2)高溫去毛刺(熱力去毛刺)
[0022]將零件裝入燃燒室內，密封后，將一定體積比的氫和氧通入燃燒室，經(jīng)點火燃燒，產(chǎn)生瞬間高溫、高壓和沖擊波。在高溫下，零件的毛刺因其體積小而表面積大被迅速加熱至自熔溫度，并與剩余的氧化合成氧化物而自行脫落，從而去除毛刺。與此相反，由于爆燃時間極短，零件的基本金屬體積大，表面積小，溫升有限，不足以造成基體材料物理性質的變化，因而不傷害零件。熱力去毛刺的最大優(yōu)點是可加工盲孔、深小孔、交叉孔、窄縫隙等部位的毛刺。對于不同材質的零件，只需調整工藝參數(shù)，勿需更換工作介質，可有效的控制產(chǎn)品質量。但是，這種方法也有局限性，例如，不適于低熔點合金材料，若零件的面、體積比過大(大于20)，則會在去毛刺的同時燒壞零件本身，一般去除毛刺的厚度應小于材料厚度的十倍以上。目前，由于燃燒室尺寸的限制，外形尺寸大或很長的零件均不適合用這種方法去毛刺。國內生產(chǎn)的熱力去毛刺機嫩燒室的尺寸為最大直徑250mm,最大高度300mmp。
[0023](3)機械刷去毛刺
[0024]采用如鋼絲、銅絲、嵌入磨粒的尼龍絲等材料做成各種形式的刷子，可以像換刀具一樣更換刷子，實現(xiàn)對工件去毛刺和光整加工。刷子去毛刺可實現(xiàn)柔性加工，既可去除毛刺，也不會損傷加工表面。根據(jù)內、外加工表面的形狀，可以制作各種類型的金屬刷和尼龍刷，因而適應性廣。但這種方法難于應用在截形不一致的零件。另外，硬毛刷形成的加工表面往往不便于隨后的處理。
[0025](4)擠壓珩磨去毛刺(磨料流動加工)
[0026]采用一種含磨粒的半流動狀態(tài)的粘性磨料，放置在一個磨料室中，兩端各有一個汽缸，使膠狀物來回通過被加工零件型腔，零件在磨料的這種往復流動過程中，受到最大的阻滯處具有較大的腐蝕能力而將型腔內及孔口邊緣毛刺去除。其主要優(yōu)點是，凡是磨料流經(jīng)的地方均可去除毛刺，可去除復雜零件的毛刺，不產(chǎn)生高溫，不形成加工后殘余應力和應變層，更不會產(chǎn)生二次毛刺。但是，該方法也受到限制，例如加工的最小孔徑為0.35mm，毛刺的最大厚度為0.3mm,倒棱的最大半徑為I?1.5mm,表面粗糙度Ra大于0.2 μ m。這種方法不適于加工很長的零件及在盲孔中去除毛刺。
[0027](5)磁力研磨法
[0028]通過磁力吸住磁性磨料在加工面上按程序移動進行光整加工。加工時，將鐵磁性磨料和工件置于兩磁極之間。在兩磁極之間形成直流磁場時，鐵磁性磨料形成磁性研磨刷。使磁極或工件旋轉并振動，從而使研磨刷對工件產(chǎn)生相對運動，發(fā)揮磨削工件表面的作用，以達到去毛刺和拋光的目的。其應用面很寬，幾乎不受零件的形狀限制，如端面、外圓、內圓、平面、球面、曲面等都能進行研磨拋光，同時將毛刺去除。
[0029](6)水噴射去毛刺
[0030]利用專用噴嘴中噴出的高壓水所造成的沖擊能量去除毛刺。該法對去除深孔和小直徑孔的毛刺很有效，特別適合用于去除復雜形狀零件在機械加工后形成的多種毛刺。水噴射去毛刺可去除復雜形狀零件上的多種毛刺，但這種方法需專用設備，費用較高，適用于批量大的生產(chǎn)。磨料分級要求嚴格，且需控制塵埃。
[0031]二十世紀八十年代末，隨著激光加工技術的飛速發(fā)展，激光加工技術的應用越來越廣泛，制造業(yè)誕生了一項令世人矚目的新技術，納米加工及微細加工技術。也正由于激光微細加工技術的異軍突起，激光去毛刺技術才得以迅速發(fā)展，作為激光微細加工技術的一個分支，利用激光光束可以聚焦成極細光斑的特點，將激光加工技術應用于毛刺去除領域的研究越來越弓I起工程技術人員的關注。
[0032]激光去毛刺技術的基本原理是:利用激光具有強度高、能量密度大、聚焦性強、方向性好的特點、從激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過光學裝置，使激光束聚焦成不同直徑的光斑，對零件上的毛刺進行掃描，可以瞬間將毛刺去除。對于不同尺寸的毛刺，可以通過控制不同直徑的激光束聚焦光斑，調整激光的能量密度，最終達到去除毛刺的目的。


【發(fā)明內容】

[0033]本發(fā)明的目的在于提出一種激光去毛刺工藝。
[0034]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0035]一種激光去毛刺工藝，激光器產(chǎn)生的光束經(jīng)過光學元件聚焦后形成不同直徑的激光光斑，光斑在保護氣體的作用下，在直線位移平臺帶動下以連續(xù)掃描方式或脈沖掃描方式清洗工件表面，以去除工件表面的毛刺，包括:激光器、光學聚焦面、激光功率計、保護氣體。所述的激光器包括二氧化碳激光器和YAG激光器。所述保護氣體為工業(yè)用氧氣和工業(yè)用氮氣。激光掃描速度為2mm/s—200mm/so

【具體實施方式】
[0036]實施例1
[0037]—種激光去毛刺工藝，二氧化碳激光器產(chǎn)生的光束經(jīng)過光學元件聚焦后形成不同直徑的激光光斑，光斑在工業(yè)用氧氣保護作用下，在直線位移平臺帶動下以連續(xù)掃描方式清洗工件表面，以去除工件表面的毛刺，包括:激光器、光學聚焦面、激光功率計、保護氣體。所述的激光掃描速度為2mm/S—200mm/S，激光器功率為40W，脈沖頻率100HZ，脈沖寬度5ms ο
[0038]實施例2
[0039]一種激光去毛刺工藝，YAG激光器產(chǎn)生的光束經(jīng)過光學元件聚焦后形成不同直徑的激光光斑，光斑在工業(yè)用氮氣保護作用下，在直線位移平臺帶動下以脈沖掃描方式清洗工件表面，以去除工件表面的毛刺，包括:激光器、光學聚焦面、激光功率計、保護氣體。所述的激光掃描速度為400mm/s，激光器功率為500W，脈沖頻率200HZ，脈沖寬度2ms，采用4次循環(huán)掃描清洗。
【權利要求】
1.一種激光去毛刺工藝，其特征在于激光器產(chǎn)生的光束經(jīng)過光學元件聚焦后形成不同直徑的激光光斑，光斑在保護氣體的作用下，在直線位移平臺帶動下以連續(xù)掃描方式或脈沖掃描方式清洗工件表面，以去除工件表面的毛刺，包括:直線位移平臺、激光器、光學聚焦面、激光功率計、保護氣體。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的激光器包括二氧化碳激光器和YAG激光器。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述保護氣體為工業(yè)用氧氣和/或工業(yè)用氮氣。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的激光掃描速度為2mm/s—400mm/s。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的掃描方式為循環(huán)掃描，直到達到工藝的要求。
【文檔編號】B23K26/36GK104289815SQ201310299290
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權日:2013年7月16日
【發(fā)明者】張明 申請人:無錫華冶鋼鐵有限公司