——呂振(zhen)安  編譯

一、毛刺的基本概念和危害性

毛刺是指材料被剪斷時分離(li)處超出材料本身厚度的殘留。

無論(lun)對設(she)計(ji)者或制造(zao)者而言(yan)，毛(mao)刺(ci)都是令人(ren)感到頭痛的(de)事(shi)。在技(ji)術(shu)文件或設(she)計(ji)圖(tu)紙上，經常可看到明示的(de)規(gui)定和(he)醒目的(de)提示字樣——“不(bu)(bu)允許有毛(mao)刺(ci)”；而對于制造(zao)者來說，要達(da)到這“不(bu)(bu)允許有毛(mao)刺(ci)”的(de)簡單規(gui)定卻(que)并(bing)非那么(me)容易(yi)，往往會不(bu)(bu)顧及成本，并(bing)經常為不(bu)(bu)太熟知(zhi)去除毛(mao)刺(ci)的(de)有效方法而發難(nan)。

眾所周知，冷沖(chong)裁件一般都帶有毛(mao)刺(ci)，毛(mao)刺(ci)高度按允許值分為f級(ji)（精(jing)密級(ji)）、m級（中等級）、g級（粗糙級），按冷(leng)沖壓件通(tong)用技術(shu)條件JB/T4378.2執(zhi)行，也(ye)都熟知沖切(qie)(qie)面質量(liang)與毛刺高度(du)及沖裁模(mo)刀刃(ren)間隙(xi)值有關，要想減小剪切(qie)(qie)面的(de)塌角和(he)傾斜，消除撕(si)裂和(he)提(ti)高切(qie)(qie)斷面平滑程度(du)時，一(yi)定要采取(qu)更進(jin)一(yi)步的(de)措施來解(jie)決。

從更(geng)進一(yi)步分析得知，沖壓毛刺的生(sheng)成決(jue)定于(yu)零件形狀、材質(zhi)（硬(ying)度、成分、組織和(he)其他(ta)物理性(xing)(xing)）、厚度、加工條件（速度、壓力）、潤滑劑（成分、粘性(xing)(xing)）、模具（材質(zhi)、硬(ying)度、耐磨(mo)性(xing)(xing)）等諸(zhu)因素。

通(tong)過一(yi)般壓力(li)機剪切加(jia)工產生的毛(mao)刺高度約為坯料(liao)厚度的1-5%，用油壓式即精密沖裁壓力機（FINEBLANKING PRESS）（以下簡(jian)稱(cheng)FB）來加工，其毛刺高度(du)甚至會超(chao)過坯料厚度(du)的10%，也有報導稱用FB加工毛刺產生在其高度方(fang)向比寬度方(fang)向的(de)值約(yue)大(da)出2.5~5倍。研(yan)究認為(wei)FB加工產生的(de)(de)毛刺高度主要因素(su)是模(mo)具間隙和其本身(shen)結構而(er)異，即使用(yong)同樣(yang)的(de)(de)模(mo)具，如采用(yong)耐磨模(mo)材和加工時選用(yong)潤滑性能特殊(shu)的(de)(de)優質油等措施(shi)時則更為受(shou)到青(qing)睞。

不(bu)(bu)論從(cong)安全性能，還是(shi)從(cong)機械性能方面而言，毛(mao)(mao)(mao)刺必然會帶來(lai)危害(hai)。作為金屬制品最討厭(yan)毛(mao)(mao)(mao)刺，它不(bu)(bu)僅會影響外觀，造成人手傷害(hai)，對油(you)閥等動作元件極(ji)為敏感，甚(shen)至(zhi)是(shi)肉眼看不(bu)(bu)見的(de)(de)毛(mao)(mao)(mao)刺也會引起設備(bei)事故，像(xiang)硅(gui)鋼片零件的(de)(de)毛(mao)(mao)(mao)刺，發電設備(bei)及航(hang)天器(qi)材等有毛(mao)(mao)(mao)刺殘(can)留是(shi)絕(jue)對不(bu)(bu)能允許(xu)的(de)(de)。

目前按照驅動源可把(ba)壓(ya)力(li)(li)(li)機(ji)分為機(ji)械與油壓(ya)兩種型式，生(sheng)產能力(li)(li)(li)高的小型機(ji)械式壓(ya)力(li)(li)(li)機(ji)總壓(ya)力(li)(li)(li)已達250t~300t，當然就(jiu)速度容易控制而論，無(wu)疑油壓式領(ling)先于機械(xie)式。目前(qian)用于汽車工(gong)業的大型(xing)壓力機有1400t左右的(de)，在日本2001~2005年間統計(ji)銷售的(de)用于汽車行業(ye)的(de)一臺油壓機平(ping)均能力約5230t，剪(jian)切速度達5-60mm/sec，加(jia)工材料厚度從5-15mm不等(deng)，甚至有(you)達(da)19mm（瑞士），近年來(lai)壓力機(ji)呈現(xian)大型化(hua)、高速化(hua)傾向，一般在日(ri)本生產(chan)的(de)高速機(ji)型200t型(xing)沖(chong)程數在150，250t型在80，800t以上(shang)在20-40上下。

在坯料方面則呈現下列趨勢：（1）向(xiang)大型、厚(hou)材及高強度化；（2）向電子部(bu)件(jian)，小(xiao)型，薄件(jian)及微細化(hua)發(fa)展。正所謂向兩極(ji)化(hua)，因(yin)而對(dui)我們而言，有必(bi)要充分(fen)理(li)解毛刺生(sheng)成的(de)機理(li)，并考慮與其相適(shi)應的(de)毛刺控制和(he)處理(li)方法。

二、毛刺生成機(ji)理

在(zai)沖(chong)壓加(jia)工中，作用于坯料(liao)上的(de)力和坯料(liao)在(zai)變形過程中產生的(de)諸現象(xiang)，首先應(ying)考(kao)慮以(yi)下幾點：

1）材質與其支承方法(fa)；

2）剪切輪廓形狀；

3）凸凹(ao)模刃的形(xing)狀；

4）沖裁加(jia)工條件(jian)。

這(zhe)些因素都與毛刺生成(cheng)有很大(da)的關系。

當(dang)兩(liang)工具刃口在逐漸切入(ru)坯料時的作(zuo)用(yong)力如圖1所(suo)示。

在凸模與(yu)凹模刃(ren)部分別作用著軸向力Pp和Pd，并(bing)因這二個(ge)力分(fen)別隔著間隙C而(er)作(zuo)用，因而(er)產(chan)(chan)生力(li)矩，同(tong)時使坯(pi)料(liao)產(chan)(chan)生彎(wan)曲變形作(zuo)整體回轉，即凸(tu)模下面的(de)坯(pi)料(liao)沿著剪斷封(feng)閉曲線在反(fan)向間隙部(bu)產(chan)(chan)生反(fan)彎(wan)矩，使坯(pi)料(liao)彎(wan)曲，脫離凸(tu)模，于是(shi)凹模上的(de)坯(pi)料(liao)，因無壓板力(li)而(er)上翹(qiao)，由于這樣的(de)坯(pi)料(liao)彎(wan)曲產(chan)(chan)生工具方面的(de)側壓力(li)Fp和Fd，模具(ju)和(he)坯料的摩擦系數(shu)分別(bie)為μ1，μ2，μ3，μ4，則加于模(mo)具上的(de)純剪切載(zai)荷：

P=Pp+μ2Fp=Pd+μ+Fd，而分別作用于(yu)模具上的側向(xiang)力(li)為：

F=Fd-μ3Pd=Fp-μ1Pp

隨著工具的切入，坯料加(jia)工硬化程(cheng)度加(jia)劇，P和F值增(zeng)大，超越(yue)變(bian)形界(jie)限(xian)，由彈性向塑性變(bian)形演變(bian)，形成崩(beng)碎，直至破斷(duan)分離。

當用(yong)壓板時，為防止凹模(mo)(mo)面上的(de)坯(pi)料(liao)上翹，與凸(tu)模(mo)(mo)側(ce)相鄰側(ce)坯(pi)料(liao)受拉伸，凹模(mo)(mo)上的(de)坯(pi)料(liao)受壓縮(suo)，在凸(tu)模(mo)(mo)刃口端容易引發崩碎現象(xiang)。

不用壓(ya)(ya)板時(shi)，凹模(mo)側(ce)(ce)的坯(pi)料相反延伸，由于凸模(mo)側(ce)(ce)坯(pi)料受壓(ya)(ya)，則(ze)先從(cong)凹模(mo)刃口部產生崩(beng)碎，從(cong)兩刃口處產生崩(beng)碎貫穿坯(pi)料內部完成剪斷。其崩(beng)碎形成方法(fa)，如圖2所示。因(yin)沖(chong)裁(cai)時(shi)坯料(liao)上(shang)下(xia)裂紋不一定從兩(liang)刃口同時(shi)發(fa)生，因(yin)而(er)模(mo)具(ju)間隙對坯料(liao)上(shang)下(xia)裂紋重合與否至關重要。

a）間(jian)隙過小時，崩(beng)碎方(fang)向比刀尖聯線向外傾斜，錯開一段距離，其間(jian)的(de)坯料一面(mian)被工具刃口削切，一面(mian)剪斷，這種現象(xiang)統稱為二(er)次剪斷，形狀(zhuang)如舌頭狀(zhuang)結(jie)疤，所(suo)謂（tongue），在壓力加(jia)工厚坯料時，這(zhe)種二次(ci)剪(jian)切(qie)癥狀有(you)可能發生2-3次，即在剪切面光亮帶上呈現出撕裂痕跡。

b）間隙合適(shi)時(shi)，不產生上(shang)述現象，即坯料(liao)裂紋在模具凸凹處相遇并重合，得(de)到光滑的截斷面。

c）間(jian)隙過大(da)(da)時，當工具刃(ren)口慢慢切入，坯(pi)料容(rong)易引起(qi)所謂跟進，即凸(tu)模刃(ren)口處裂(lie)紋較合理間(jian)隙時向內錯開(kai)一段距離，在崩碎發生階段，上下裂(lie)紋未(wei)重(zhong)合部受(shou)大(da)(da)的(de)拉伸而撕裂(lie)，相對工具軸(zhou)線呈(cheng)現大(da)(da)的(de)傾斜，使(shi)塌角增大(da)(da)，毛刺增肥(fei)增長，沖壓加工時坯(pi)料的(de)截面示于(yu)圖(tu)3。

（1）剪切面(mian)（shear surface）由于工具面與(yu)坯料擠光(guang)作用所形成(cheng)的光(guang)滑面部分（光(guang)亮帶）a。

（2）塌邊（shear droop）因(yin)工具(ju)刃口慢(man)慢(man)壓入形(xing)成的自由表面部分b。

（3）破斷面(mian)（torn surface），由(you)于(yu)崩碎結合形成的粗糙面部分c（斷(duan)裂帶）。

（4）毛刺（burr）因壓(ya)縮應力坯料塑性變形部分d。

坯料在(zai)剪(jian)切面(mian)上所(suo)占比例如圖4所示(shi)。從圖明顯看(kan)出模具(ju)間隙與坯料厚(hou)度之比關系密切。

間隙一大(da)由(you)于工具側(ce)壓力Fp和(he)Fd增大，雖然軸向力Pp和Pd不(bu)大，其工具刃(ren)口在(zai)慢(man)慢(man)切(qie)入坯料(liao)時，刃(ren)口部受張(zhang)力，塌(ta)角b增大，因(yin)此易(yi)成為(wei)崩(beng)碎變形條件，切斷(duan)抗力減少(shao)。對于兩工具刃尖的(de)崩(beng)碎順(shun)利會合的(de)間隙，直(zhi)至切斷(duan)完(wan)成，同時由(you)于隨著間隙增大，剪(jian)斷(duan)抗力減小(xiao)又疊(die)加，崩(beng)碎重合最適宜的(de)間隙（5-10%）可取較(jiao)大值10-15%的(de)最小(xiao)值。

相(xiang)對各種材質毛刺最(zui)小(xiao)時最(zui)適宜的(de)間隙值列于表1。目前國內一般采用GB/T 16743—1997規(gui)定“按質定隙”原則。

三、控制和減少毛刺的方(fang)法

從前節(jie)剪斷機理看(kan)出：坯料厚度1-2%高度的毛刺是必然(ran)會(hui)產生的。圖5所示，毛刺高度取決于受到兩工具尖端的磨損影響，即由于兩工具刀尖尖棱存在著鈍圓半徑，所以一定會產生幾乎跟鈍圓半徑值差不多的毛刺高度，由于在毛刺高度上已認知兩工具尖端的磨損事實，因此必須要監視其對工具的再磨削時間，尖端越尖，在坯料上的張力越集中，則毛刺就愈小，然而隨著壓力機加工頻數的增加，工具刀尖變鈍，使壓縮應力增加，毛刺也隨之增大。

　　對每種壓力加工毛刺生成(cheng)形(xing)態(tai)與原因以及控制方(fang)法列于(yu)表2。

四、去除毛刺(ci)的對策方法

在講去除毛刺的對(dui)策方法(fa)之前，再次聲明一(yi)(yi)個(ge)概念，即一(yi)(yi)般認為經過FB加工(gong)后(hou)的(de)毛刺不會太大，但這是一(yi)種誤解，應更正為經過FB加工產(chan)生的毛刺要比一般沖切加工的毛刺要來得大。因為用FB加(jia)工毛(mao)刺產生的情況(kuang)如(ru)觀察該碎(sui)片(pian)(pian)，就可確認破(po)斷(duan)面(mian)情況(kuang)，當(dang)碎(sui)片(pian)(pian)呈現平滑斷(duan)面(mian)時，往(wang)往(wang)制品(pin)方面(mian)是(shi)存在較多的破(po)斷(duan)面(mian)痕(hen)跡這樣一個事實。

下(xia)(xia)面來闡述一下(xia)(xia)用什(shen)么方(fang)法去除毛刺。

去除毛刺通常作法是采用打磨或砂光，不外乎用砂紙、砂布、拋光輪（片）、葉輪等工具，但對于成批生產，主要依靠機械，用得最多最熱門的要算砂帶機，多頭輸送帶式砂帶磨床（如圖6所(suo)示），應成為去除(chu)(chu)大(da)毛(mao)(mao)刺(ci)的(de)首選。當毛(mao)(mao)刺(ci)較大(da)時(shi)，用(yong)(yong)砂帶磨一(yi)次去除(chu)(chu)掉，當然是(shi)不科學的(de)，由于毛(mao)(mao)刺(ci)受到高壓(ya)力傾倒之(zhi)際(ji)加劇(ju)了砂帶的(de)顯著磨耗，因此采用(yong)(yong)多頭磨削是(shi)行之(zhi)有效的(de)方法，即先用(yong)(yong)粗(cu)砂粒(li)，再用(yong)(yong)細砂粒(li)，直至最后用(yong)(yong)精細砂粒(li)砂帶。

最近即使是(shi)去除毛(mao)刺的作業，也呈高(gao)速(su)化傾向(xiang)，送(song)進速(su)度達每(mei)分鐘20m，采(cai)用砂帶與(yu)刷子并用7頭(tou)組合(he)砂(sha)帶(dai)磨(mo)床附帶(dai)工(gong)(gong)件翻轉(zhuan)裝置(zhi)，在(zai)德(de)國(guo)、美國(guo)及意大利對(dui)摩(mo)擦片一次磨(mo)削成功，也有采用復合(he)式成型加工(gong)(gong)，如歐洲逐步普及用注入研磨(mo)液的(de)樹脂刷子或直接用金屬刷來(lai)去除毛刺的(de)工(gong)(gong)序。日(ri)本也在(zai)采用復合(he)型加工(gong)(gong)方法(fa)，稱作刷子附帶(dai)特(te)注的(de)去毛刺機，如圖(tu)7所示。

總之去毛(mao)刺設(she)備分濕(shi)式和干式，種類(lei)繁多，講(jiang)到(dao)終極(ji)去毛(mao)刺，還有(you)電解、加熱(re)、高水(shui)壓、磁(ci)性砂粒(li)、滾筒光(guang)飾、噴丸(wan)，超聲波振蕩、化學(xue)法(fa)、砂粒(li)強流(liu)動法(fa)等(deng)，也各有(you)各的用(yong)途。下(xia)面列表3來觀察各(ge)種去毛(mao)刺方法及終級特性(xing)的比較。

毛刺當然不好，首先由于尖端會傷及人手；其次往往因部件毛刺形成設備故障。對于一般毛刺也常用銼刀或砂輪那樣堅實工具和方法來處理。但對FB加工零(ling)件由于毛刺較大且粘纏，在要(yao)求(qiu)有一定切削(xue)(xue)(xue)力同時，又要(yao)注意部件變(bian)形(xing)和本身的尺寸誤差，因(yin)而(er)采(cai)用彈性工具者居多，其中砂帶磨(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)是用得最(zui)普(pu)遍的去毛刺方法，因(yin)為砂帶磨(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)兼有重(zhong)磨(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)及柔性磨(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)的雙重(zhong)優點。最(zui)近由于FB加(jia)工，浮雕(diao)加(jia)工及曲面(mian)加(jia)工愈發(fa)增長，因毛刺較大又要(yao)求加(jia)工面(mian)具有一定粗糙度(du)要(yao)求，特別對于平板件，使用多頭(tou)砂帶復合(he)磨(mo)床是(shi)最(zui)明智的選擇。

五、結束語

總之對于(yu)沖壓件的后(hou)處理，目前已明確，砂帶磨削加工是不能(neng)省(sheng)缺的工序，因為該(gai)設備(bei)與零件形狀、尺寸幾乎沒有什(shen)么(me)關連(lian)，由于(yu)該(gai)設備(bei)納入生產線非(fei)常簡單(dan)的步驟，想來作為砂帶磨削專業廠將來在FB連(lian)線的出料(liao)端，安上砂(sha)帶磨(mo)削機等連(lian)結裝置，來用(yong)于(yu)去毛刺及磨(mo)削，直(zhi)至出成品的終極加工(gong)，必定會成為努力開發的方向。

（本文參考并部分翻譯來自《研(yan)磨布紙(zhi)加工技術研(yan)究會(hui)》會(hui)刊(kan) 通卷115號(hao))

譯(yi)者簡(jian)介：呂振安(an)，男(nan)，高(gao)級工(gong)程師，原新鄉機床廠總師辦主(zhu)任，日本研磨布紙加工(gong)技術研究會特別會員