金属端铣加工中如何减少毛刺的产生

端铣中毛刺的主要形式

根据切削运动-刀具切削刃毛刺的分类体系，端铣过程中产生的毛刺主要有五种形式:主刃双侧毛刺、侧刃切出切削方向毛刺、底刃切出切削方向毛刺和切入切出进给方向毛刺。

一般来说，从底边切出的毛刺与其他毛刺相比，具有尺寸大，不易去除的特点。因此，本文以从底边切出的切削方向的毛刺为主要研究对象。根据端铣时从底刃切下的切削方向毛刺的大小和形状不同，可分为以下三种:I型毛刺(尺寸较大，不易去除，去除费用较高)，II型毛刺(尺寸较小，因此可以轻松去除或不去除)，III型毛刺，即负型毛刺。

影响端铣毛刺形成的主要因素

毛刺的形成是一个非常复杂的材料变形过程。材料特性、几何形状、表面处理、刀具几何形状、刀具切削路径、刀具磨损、切削参数、冷却剂的使用和其他因素直接影响毛刺的形成。图3是端铣毛刺影响因素的框图。在特定的铣削条件下，端铣毛刺的形状和大小取决于各种影响因素的综合作用，但不同的因素对毛刺的形成有不同的影响。

01工具进入/退出

一般来说，刀具旋出工件时产生的毛刺大于刀具旋入工件时产生的毛刺。如图4所示，图4a是刀具旋出时工件的端面，容易产生较大的I型毛刺。当刀具旋转进入工件时，产生的毛刺通常是II型毛刺。

02平面切割角

平面切削角对底刃切削方向的毛刺形成有很大影响。平面切出角定义为当切削刃旋转出工件端面时，在垂直于铣刀轴线的平面内，通过切削刃的一点的切削速度(刀具转速和进给速度的矢量组合)方向与工件端面方向之间的角度。工件端面的方向是从刀具拧入点到刀具拧出点。如图5所示，ψ为平面切出角，其取值范围为0。

实验结果表明，毛刺高度随切削深度的变化而变化，即随着切削深度的增加，毛刺由I型毛刺向II型毛刺变化。通常，II型毛刺的最小铣削深度称为临界切削深度，用dcr表示。图6示出了当加工铝合金时平面切削角度和切削深度对毛刺高度的影响。

可以看出，平面切削角越大，切削深度越大。当平面切削角大于120°时，I型毛刺的尺寸较大，过渡到II型毛刺的切削深度也较大。因此，较小的平面切削角有利于II型毛刺的产生，因为ψ越小，端面支撑刚度越高，毛刺越不容易形成。

从图5可以看出，进给速度的大小和方向会对合成速度V的大小和方向产生一定的影响，进而影响平面切削角度和毛刺的形成。因此，进给速度与出口边缘的偏离角α越大，ψ越小，有利于抑制较大毛刺的形成(如图7)。

03点退出序列EOS

在端铣过程中，毛刺的大小很大程度上取决于刀尖的退出顺序。如图8:A点是副切削刃上的点，C点是主切削刃上的点，B点是刀尖顶点。假设刀尖是锋利的，即不考虑刀尖的圆弧半径。如果B-C刃先从工件上退刀，A-B刃后从工件上退刀，切屑就铰接在加工面上。随着铣削的进行，切屑被推出工件，形成一个较大的底部边缘，以切除切削方向的毛刺。如果A-B刃先退出工件，B-C刃后退出工件，则切屑铰接在过渡面上，工件被切除，形成较小的底刃，切除切削方向的毛刺。

试验表明:①增加毛刺尺寸的刀尖退出顺序依次为ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA。②②EOS产生的结果是一样的，只是在同样的退出顺序下，塑性材料产生的毛刺比脆性材料产生的毛刺大。

刀尖的退出顺序不仅与刀具几何形状有关，还与进给速度、铣削深度、工件几何尺寸和切削条件等有关。这通过各种因素的组合影响毛刺的形成。

04其他因素

①铣削参数、铣削温度、切削环境等。也会对毛刺形成有一定的影响。一些主要因素，如进给速度、铣削深度等。，都是通过平面切削角理论和刀尖退出序列的EOS理论来体现的，这里不再赘述。

②工件材料的塑性越好，越容易形成I型毛刺。在端铣脆性材料的过程中，如果进给速度或平面切削角较大，则有利于III型毛刺(缺陷)的形成。

(3)当工件的端面和加工平面之间的角度大于直角时，因为端面的支撑刚性增强，所以可以抑制毛刺的形成。

④使用铣削液有利于延长刀具寿命，减少刀具磨损，润滑铣削过程，进一步减小毛刺尺寸。

⑤刀具磨损对毛刺的形成影响很大。当刀具磨损到一定程度时，刀尖圆弧增大，不仅使刀具出刀方向的毛刺尺寸增大，还会在刀具切入方向产生异形毛刺，其机理有待进一步研究。

⑥其它因素，如工具材料，对毛刺的形成也有一定的影响。在相同的切削条件下，金刚石刀具在抑制毛刺形成方面比其他刀具更有优势。

控制端铣毛刺形成的基本方法

端铣毛刺的形成受多种因素的影响，不仅与具体的铣削工艺有关，还与工件结构、刀具几何形状等因素有关。为了减少端铣时的毛刺，需要从多方面控制和减少毛刺。

01合理的结构设计

毛刺的形成很大程度上受工件结构的影响，不同的工件结构，加工后边缘处毛刺的形状和大小也有很大差异。如果工件的材料和表面处理是预先确定的，那么工件的几何形状和边缘是决定毛刺形成的重要因素。图9显示了在工件的端面上添加倒角以减少毛刺。

图9添加出口边缘的倒角方法

02适当的处理顺序

加工顺序对端铣毛刺的形状和大小也有一定的影响。不同形状和大小的毛刺有不同的工作量和相关费用。因此，选择合适的加工顺序是降低去毛刺费用的有效途径。图10示出了如何通过采用适当的加工顺序来控制较大毛刺的产生。

图10加工顺序控制方法的选择

在图10a中，如果先钻孔再铣平面，容易在孔圆周上产生较大的铣削毛刺；如果在钻孔前铣平面，只会在孔的圆周上切一个小的钻孔毛刺。类似地，在图10b中，通过首先铣削上表面然后铣削凹形轮廓形成的毛刺小于通过首先铣削凹形轮廓然后铣削平面形成的毛刺。

避免工具退出。

避免退刀是避免毛刺形成的有效方法，因为退刀是切削方向毛刺形成的主要因素。通常铣刀旋出工件时产生的毛刺较大，而铣刀旋入工件时产生的毛刺较小。所以在加工过程中要尽量防止铣刀拧出。如图4所示，图4b中产生的毛刺小于图4a中产生的毛刺。

04选择适当的喂食路线。

从前面的分析可以看出，当平面切削角小于一定值时，毛刺尺寸较小。可以通过改变铣削宽度、进给速度(大小和方向)和旋转速度(大小和方向)来改变平面切削角度。因此，通过选择合适的进给路线可以避免I型毛刺的产生(见图11)。

图11控制进给路线的方法

图11a示出了传统的锯齿形进给路线，并且图中的阴影部分指示切割方向上可能产生较大毛刺的位置。图11b采用改进的进给路线，可以避免切割毛刺的产生。虽然图11b中的走刀路线比图11a略长，铣削时间也多一点，但是采用图11a，由于不需要额外的去毛刺工序，所以去毛刺的时间要多一点(虽然没有太多阴影部分，也就是图中产生毛刺的部分，但实际去毛刺时毛刺所在的所有边缘都必须完成)。所以综合来说，图11b的送料路线在控制毛刺方面比图11a的好。

05选择合适的铣削参数

端铣参数(如每齿进给量、端铣宽度、端铣深度和刀具几何角度等。)对毛刺形成有一定影响。表1列出了选择端铣参数以减小毛刺尺寸的几个原则。

表1毛刺的类型和处理方法

五种特殊去毛刺方法

01电解去毛刺

电解去毛刺是一种化学去毛刺方法，可以去除机械加工、磨削、冲压后的毛刺，对金属零件的锐边进行倒圆或倒角。

一种通过电解去除金属零件毛刺的电解加工方法，简称ECD。工具的阴极(一般为黄铜)固定在工件毛刺部分附近，两者之间有一定的间隙(一般为0.3 ~ 1毫米)。阴极的导电部分对准毛刺边缘，另一个表面覆盖有绝缘层，使得电解集中在毛刺上。

当机床阴极连接到DC电源的阴极时，工件连接到DC电源的阳极。0.1 ~ 0.3 MPa的低压电解液(一般为硝酸钠或氯酸钠水溶液)在工件和阴极之间流动。当DC电源接通时，毛刺被阳极溶解，并被电解液带走。

电解液有一定的腐蚀性，工件去毛刺后要清洗防锈。电解去毛刺适用于十字孔隐蔽部位或形状复杂的零件去毛刺，生产效率高。去毛刺时间通常只需要几秒到几十秒。

这种方法通常用于去除齿轮、花键、连杆、阀体和曲轴油道的毛刺，以及圆角。缺点是靠近毛刺的部位也会受到电解的影响，表面会失去原有的光泽，甚至影响尺寸精度。

02磨料流去毛刺

磨料流加工(AFM)是国外70年代末发展起来的一种新型去毛刺光整加工技术。这种技术特别适合刚进入精加工阶段的去毛刺，但不适合加工小而长的孔和无底的金属模具。

03磁力研磨去毛刺

磁力研磨时，工件置于两个磁极形成的磁场中，磁性磨料置于工件与磁极之间的间隙中。在磁场力的作用下，磨料沿磁力线方向整齐排列，形成软硬结合的磁性研磨刷。当工件在磁场中旋转并轴向振动时，工件与磨料相对运动，磨料刷对工件表面进行磨削。磁力研磨可以高效快速地对零件进行研磨和去毛刺，适用于各种材质、尺寸和结构的零件。是一种投资少、效率高、应用广、质量好的整理方法。

目前，国外已能对旋转体、平面零件、齿轮齿和复杂轮廓的内外表面进行磨削和去毛刺，去除导线和电线上的氧化皮，清洗印刷电路板等。

04热去毛刺

热去毛刺(TED)是用氢氧或氧气和天然气的混合物爆燃产生的高温烧掉毛刺。将氧气和氧气或天然气和氧气通入密闭的容器中，用火花塞点燃，使混合物在瞬间爆炸释放出大量热能，去除毛刺。但工件烧成后，其氧化粉末会附着在工件表面，必须清洗或酸洗。

用5密耳镭强超声波去毛刺

密镭强超声波去毛刺技术是近年来流行的一种去毛刺方法。仅辅助清洗效率就是普通超声波清洗机的10 ~ 20倍，水箱上均匀分布小孔，无需清洗剂的帮助，5 ~ 15分钟即可同时完成超声波。