粉末冶金零件毛刺产生原因及去除技术

粉末冶金零件毛刺产生原因及去除技术
粉末冶金是绿色制造技术，具有高质量、高效率、低成本的特点，已广泛应用于机械、电子、自动化和航空航天等领域。

随着工业化和自动化水平的提高，对机械零件的制造精度要求越来越高，使用条件要求越来越苛刻，毛刺逐渐引起高度重视，去除毛刺成为零件加工过程中的关键工序。

1毛刺产生原因
毛刺的产生与零件的设计和制造方法有很大关系。

粉末冶金是以金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合）作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料及各种类型制品的工艺过程。

粉末零件压制模具的设计、安装粉坯成形过程，将直接影响到粉末冶金零件的表面质量。

1、模具结构
粉末冶金模具一般包括4部分，例如用于制作压溃强度试样的成形模具，即由上模冲、下模冲、芯棒、阴模组成，如图1所示。

2、毛刺产生的原因
（1）模具的间隙
粉末冶金技术是一种金属粉末模压成形技术，模具的阴模与模冲、模冲与芯棒之间的相对滑动必然存在配合间隙，当金属粉末或精整烧结坯件在模具中受到压力而成形时，会产生流动或塑性变形。

成型件在模具配合间隙处，产生的填充效应，是造成毛刺的根本原因。

当间隙在0.008mm左右时，零件的直线、棱角部分会出现毛刺；当模具间隙达0.002mm 时，就易出现锐边毛刺。

粉末冶金件的毛刺会随着间隙的变化而变化，而模具的间隙还依赖于加工表面粗糙度的变化，如图2所示，当Ra值从0.2增加到0.8，间隙从0.002mm增加0.008mm。

这类毛刺均匀分布在零件周围，零件表面粗糙度好。

（2）模具的精度
粉末压制多采用容量装粉法，模具表面与粉末直接接触，细小的粉末颗粒，易进入模具间隙中，形成多体摩擦。

在生产实践中，模冲与阴模、模冲与芯棒之间的间隙是动态变化的，粉末颗粒就会随着模具间隙的变化而变形，从而产生加工硬化，增加了粉末颗粒的硬度和耐磨性。

虽然模具具有较高的硬度和耐磨性，但模具间的粉末颗粒在加工硬
化以后，当模具间隙进一步缩小时，模具的表面就会留下细微划痕。

随着磨损的加剧，模具表面粗糙度降低，增大了粉体与模具的摩擦力，在脱模的时候易出现毛刺，甚至不能成形。

另外，模具的精度或制造精度（如圆柱度、垂直度等），也会对产品的质量产生一定影响。

毛刺的形态视模具表面质量而定，一般零件的表面粗糙，没有金属光泽。

（3）模具的损坏
粉末冶金零件常常有倒角，为了减少后续机械加工，节约成本，在设计模具的时候就把倒角加在模具上，这样模具上易出现薄边，甚至尖角，在这些地方易损坏。

由于模具形状复杂，制造费用较高，所以经常在不影响产品最终质量的前提下（即粉末冶金毛坯的缺陷在以后的工序中可以消除，不影响产品的出厂质量）依然服役，就会出现飞边毛刺，毛刺的形状比较规则，存在于模具缺陷处。

（4）模具安装与使用
模具安装一般由下向上，由里向外安装，依靠模具本身的配合进行定位。

由于模具配合间隙的存在，在安装和调试模具的时候，就不能保证配合间隙的均匀分布，间隙大的一侧，易出现毛刺，间隙小的一侧，易产生干摩擦而导致局部粘着磨损；其次，由于安装本身的缺陷，模冲在运行时受力不均匀，在巨大压力的作用下，易产生微小的横向移动，导致间隙向一个方向增大。

特别是在成形异形件时，由于模具压力中心跑偏与机床压力中心不重合而失稳，不仅产生较大的毛刺，而且还加速模具的磨损损坏，对设备的精度也会有一定的影响。

这些问题会产生局部形状不规则毛刺。

（5）设备的精度
模具的运行精度除了依赖模具本身的设计、制造精度，模具的安装调试外，还与成形设备本身的精度有关。

模具按照要求安装在模架上，在运行过程中上下模冲的导向，以及模架本身的导向，决定着模具的运行状态。

在成形多台阶的零件，往往需要3～5个模冲，设备的精度显得尤为重要。

设备精度不足，导致模具的使用工况恶化，促使了毛刺的产生。

另外，如装粉高度超过了设备的行程范围，压制压力过大导致设备吨位不足等，导致设备运行不稳定，也会产生毛刺。

这类毛刺多随机分布于零件的表面。

2毛刺对产品质量的影响
由于粉末冶金产品加工的特点，毛刺无法避免。

对毛刺和飞边要求严格控制在一定的范围内，过大者必须设法去除，否则对产品的质量和性能产生不良影响，主要体现在以下5个方面。

1、影响产品的定位性能。

粉末冶金多采用纵向压制，产品的侧面成形能力差。

对于侧面含孔的零件，往往需要机械加工。

毛刺的存在必然导致定位误差，从而影响孔的加工精度。

对于精度要求比较高的零件，必须在机械加工之前，去除毛刺。

此外，毛刺还影响了零件的检测精度。

2、影响产品的装配性能。

对一些装配要求较高的结构件，由于毛刺的存在易造成配合零件的干涉和卡死，如电机衬套、汽车减震器的导向套、底阀座、活塞等，毛刺的存在直接影响装配要求。

3、影响产品的使用性能。

机械运行过程中，在摩擦力的作用下，毛刺易脱落，加剧磨损，造成零件的早期失效。

在液压系统中，脱落的毛刺随液压油一起进入液压系统的回路中，影响了液压系统的正常运行，出现爬行、抖动现象。

4、影响产品的表面质量。

毛刺影响产品表面的光洁度，在对表面质量要求比较高场合，导致零件的不合格，如某些齿轮泵侧板由于零件未去除或去除不干净的毛刺而不能使用。

5、影响产品的热处理性能。

带有毛刺的零件经热处理时，容易应力集中，产生裂纹，致使零件疲劳强度降低。

这对于承受高负荷和高速运动的零件不能忽视。

3毛刺去除方法
目前，采用手工操作的方式去除毛刺在相当大的范围内依然存在，使用的工具主要有毛刷、锉刀、刮刀等，存在2个方面的缺点：
1、去除毛刺的质量难以控制，凭操作经验判断；
2、生产效率不高，每次只能加工1个产品，劳动强度大，生产成本高，难以实现大规模生产，主要用于新产品试制、小批量生产，以及在烧结前去除由模具本身缺陷造成的飞边。

机械加工零件去除毛刺的方法有很多，选择时应与工厂生产实际相结合，既要考虑零件的材质、毛刺大小和部位，又要考虑去除毛刺方法的原理和经济性。

几种常用去除毛刺方法的能力综合比较如表1所示。

1、滚磨去毛刺
通过转动的毛刷带动工件旋转，或者毛刷与工件的旋转由不同的电机驱动。

在滚动过程中，毛刷对工件上的毛刺产生载荷作用使毛刺脱落，从而达到去除毛刺的目的。

该法应用范围较广，合理选择毛刷的材质和旋转速度等参数，可以加工不同精度的工件。

主要用于结构简单的回转件和薄板件，如齿轮、摆线转子、侧板等。

其关键技术为在多大载荷和何种载荷方向下能够获得最好的效果。

2、光饰去毛刺
光饰机主要分为振动光饰机、离心光饰机、磁力光饰机、流动光饰机、滚桶光饰机共5大类，其中振动光饰机、滚筒光饰机已广泛应用于粉末冶金行业。

振动光饰机通过振动电机做激振源，使工作筒体产生三元振动，将工件与研磨石或钢珠、研磨剂等密切均匀混合，随着机器高频率的振动，工件和研磨介质呈螺旋涡流状滚动，以研磨切削或抛光工作物表面。

磨料选择根据零件的材料、硬度、形状及表面粗糙度等级而定。

滚筒光饰机采用水平式回转桶，桶内分有无披覆内衬，内桶覆PU胶，可耐酸碱、耐磨，又可防工件碰撞。

桶内无披覆内衬，加强了切削力，磨削效果更加明显，适用于粉末冶金淬火件。

桶身可任意回转，有适当的斜度，下料方便，是研磨抛光机中较经济的抛光机。

3、喷砂去毛刺
喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束，将喷料高速喷射到需要处理的工件表面，利用磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，以改善工件表面的机械性能。

如对淬火后的弧齿伞齿轮进行喷砂处理，不仅提高了表面光洁度，而且提高了其表面抗疲劳强度。

4、热能去毛刺
其原理是将需要去毛刺的工件放在具有足够强度的密封容器类，然后送入一定比例的预混合可燃气体，经火花塞点燃产生瞬间高温去除工件表面的毛刺。

该法毛刺去除效率高、效果好，不会影响零件的金相组织，适用范围广，但成本相对比较高，主要应用于结构比较复杂、精度要求较高的零件。

4粉末冶金零件去毛刺工艺
粉末冶金零件因其工艺和材质的特性，力学和机械性能等方面与机械加工零件相比，有很大的差异。

具体体现在去毛刺的方法、过程与设备上。

为了提高生产效率，提高产品的质量，大部分企业都在寻求好的去除毛刺方法，建议
从以下几方面入手。

1、采用现代设计方法，优化模具的结构。

根据粉末的特性，零件的结构和模具的材质等，合理控制模具的间隙。

2、对模具进行表面处理，增加耐磨性。

随着模具磨损，表面光洁度降低，间隙增大，可采用电镀等方法修复模具，保证模具的表面光洁度和配合间隙。

3、借用机械加工金属材料零件去毛刺的成功经验；从加工实用性出发，凭借已有的经验进行现有设备改造；与高校或者设备制造企业合作，开发适合更多粉末冶金行业运用的专用设备。