粉末冶金零件毛刺的產生原因以及去除技術！千萬別錯過

粉末冶金是綠色製造技術，具有高質量、高效率、低成本的特點，已廣泛應用於機械、電子、自動化和航空航天等領域。隨著工業化和自動化水平的提高，對機械零件的製造精度要求越來越高，使用條件要求越來越苛刻，毛刺逐漸引起高度重視，去除毛刺成為零件加工過程中的關鍵工序。

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毛刺產生原因

毛刺的產生與零件的設計和製造方法有很大關係。粉末冶金是以金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合）作為原料，經過成形和燒結製造金屬材料、複合材料及各種類型製品的工藝過程。粉末零件壓制模具的設計、安裝粉坯成形過程，將直接影響到粉末冶金零件的表面質量。

1、模具結構

粉末冶金模具一般包括4部分，例如用於製作壓潰強度試樣的成形模具，即由上模沖、下模沖、芯棒、陰模組成，如圖1所示。

2、毛刺產生的原因

（1）模具的間隙

粉末冶金技術是一種金屬粉末模壓成形技術，模具的陰模與模沖、模沖與芯棒之間的相對滑動必然存在配合間隙，當金屬粉末或精整燒結坯件在模具中受到壓力而成形時，會產生流動或塑性變形。成型件在模具配合間隙處，產生的填充效應，是造成毛刺的根本原因。當間隙在0.008mm左右時，零件的直線、稜角部分會出現毛刺；當模具間隙達0.002mm時，就易出現銳邊毛刺。粉末冶金件的毛刺會隨著間隙的變化而變化，而模具的間隙還依賴於加工表面粗糙度的變化，如圖2所示，當Ra值從0.2增加到0.8，間隙從0.002mm增加0.008mm。這類毛刺均勻分布在零件周圍，零件表面粗糙度好。

（2）模具的精度

粉末壓制多採用容量裝粉法，模具表面與粉末直接接觸，細小的粉末顆粒，易進入模具間隙中，形成多體摩擦。在生產實踐中，模沖與陰模、模沖與芯棒之間的間隙是動態變化的，粉末顆粒就會隨著模具間隙的變化而變形，從而產生加工硬化，增加了粉末顆粒的硬度和耐磨性。雖然模具具有較高的硬度和耐磨性，但模具間的粉末顆粒在加工硬化以後，當模具間隙進一步縮小時，模具的表面就會留下細微劃痕。隨著磨損的加劇，模具表面粗糙度降低，增大了粉體與模具的摩擦力，在脫模的時候易出現毛刺，甚至不能成形。另外，模具的精度或製造精度（如圓柱度、垂直度等），也會對產品的質量產生一定影響。毛刺的形態視模具表面質量而定，一般零件的表面粗糙，沒有金屬光澤。

（3）模具的損壞

粉末冶金零件常常有倒角，為了減少後續機械加工，節約成本，在設計模具的時候就把倒角加在模具上，這樣模具上易出現薄邊，甚至尖角，在這些地方易損壞。由於模具形狀複雜，製造費用較高，所以經常在不影響產品最終質量的前提下（即粉末冶金毛坯的缺陷在以後的工序中可以消除，不影響產品的出廠質量）依然服役，就會出現飛邊毛刺，毛刺的形狀比較規則，存在於模具缺陷處。

（4）模具安裝與使用

模具安裝一般由下向上，由里向外安裝，依靠模具本身的配合進行定位。由於模具配合間隙的存在，在安裝和調試模具的時候，就不能保證配合間隙的均勻分布，間隙大的一側，易出現毛刺，間隙小的一側，易產生干摩擦而導致局部粘著磨損；其次，由於安裝本身的缺陷，模沖在運行時受力不均勻，在巨大壓力的作用下，易產生微小的橫向移動，導致間隙向一個方向增大。特別是在成形異形件時，由於模具壓力中心跑偏與機床壓力中心不重合而失穩，不僅產生較大的毛刺，而且還加速模具的磨損損壞，對設備的精度也會有一定的影響。這些問題會產生局部形狀不規則毛刺。

（5）設備的精度

模具的運行精度除了依賴模具本身的設計、製造精度，模具的安裝調試外，還與成形設備本身的精度有關。模具按照要求安裝在模架上，在運行過程中上下模沖的導向，以及模架本身的導向，決定著模具的運行狀態。在成形多台階的零件，往往需要3～5個模沖，設備的精度顯得尤為重要。設備精度不足，導致模具的使用工況惡化，促使了毛刺的產生。另外，如裝粉高度超過了設備的行程範圍，壓制壓力過大導致設備噸位不足等，導致設備運行不穩定，也會產生毛刺。這類毛刺多隨機分布於零件的表面。

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毛刺對產品質量的影響

由於粉末冶金產品加工的特點，毛刺無法避免。對毛刺和飛邊要求嚴格控制在一定的範圍內，過大者必須設法去除，否則對產品的質量和性能產生不良影響，主要體現在以下5個方面。

1、影響產品的定位性能。粉末冶金多採用縱向壓制，產品的側面成形能力差。對於側面含孔的零件，往往需要機械加工。毛刺的存在必然導致定位誤差，從而影響孔的加工精度。對於精度要求比較高的零件，必須在機械加工之前，去除毛刺。此外，毛刺還影響了零件的檢測精度。

2、影響產品的裝配性能。對一些裝配要求較高的結構件，由於毛刺的存在易造成配合零件的干涉和卡死，如電機襯套、汽車減震器的導向套、底閥座、活塞等，毛刺的存在直接影響裝配要求。

3、影響產品的使用性能。機械運行過程中，在摩擦力的作用下，毛刺易脫落，加劇磨損，造成零件的早期失效。在液壓系統中，脫落的毛刺隨液壓油一起進入液壓系統的迴路中，影響了液壓系統的正常運行，出現爬行、抖動現象。

4、影響產品的表面質量。毛刺影響產品表面的光潔度，在對錶面質量要求比較高場合，導致零件的不合格，如某些齒輪泵側板由於零件未去除或去除不幹凈的毛刺而不能使用。

5、影響產品的熱處理性能。帶有毛刺的零件經熱處理時，容易應力集中，產生裂紋，致使零件疲勞強度降低。這對於承受高負荷和高速運動的零件不能忽視。

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毛刺去除方法

目前，採用手工操作的方式去除毛刺在相當大的範圍內依然存在，使用的工具主要有毛刷、銼刀、刮刀等，存在2個方面的缺點：

1、去除毛刺的質量難以控制，憑操作經驗判斷；

2、生產效率不高，每次只能加工1個產品，勞動強度大，生產成本高，難以實現大規模生產，主要用於新產品試製、小批量生產，以及在燒結前去除由模具本身缺陷造成的飛邊。

機械加工零件去除毛刺的方法有很多，選擇時應與工廠生產實際相結合，既要考慮零件的材質、毛刺大小和部位，又要考慮去除毛刺方法的原理和經濟性。幾種常用去除毛刺方法的能力綜合比較如表1所示。

1、滾磨去毛刺

通過轉動的毛刷帶動工件旋轉，或者毛刷與工件的旋轉由不同的電機驅動。在滾動過程中，毛刷對工件上的毛刺產生載荷作用使毛刺脫落，從而達到去除毛刺的目的。該法應用範圍較廣，合理選擇毛刷的材質和旋轉速度等參數，可以加工不同精度的工件。主要用於結構簡單的迴轉件和薄板件，如齒輪、擺線轉子、側板等。其關鍵技術為在多大載荷和何種載荷方向下能夠獲得最好的效果。

2、光飾去毛刺

光飾機主要分為振動光飾機、離心光飾機、磁力光飾機、流動光飾機、滾桶光飾機共5大類，其中振動光飾機、滾筒光飾機已廣泛應用於粉末冶金行業。振動光飾機通過振動電機做激振源，使工作筒體產生三元振動，將工件與研磨石或鋼珠、研磨劑等密切均勻混合，隨著機器高頻率的振動，工件和研磨介質呈螺旋渦流狀滾動，以研磨切削或拋光工作物表面。磨料選擇根據零件的材料、硬度、形狀及表面粗糙度等級而定。滾筒光飾機採用水平式迴轉桶，桶內分有無披覆內襯，內桶覆PU膠，可耐酸鹼、耐磨，又可防工件碰撞。桶內無披覆內襯，加強了切削力，磨削效果更加明顯，適用於粉末冶金淬火件。桶身可任意迴轉，有適當的斜度，下料方便，是研磨拋光機中較經濟的拋光機。

3、噴砂去毛刺

噴砂是採用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束，將噴料高速噴射到需要處理的工件表面，利用磨料對工件表面的衝擊和切削作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度，以改善工件表面的機械性能。如對淬火後的弧齒傘齒輪進行噴砂處理，不僅提高了表面光潔度，而且提高了其表面抗疲勞強度。

4、熱能去毛刺

其原理是將需要去毛刺的工件放在具有足夠強度的密封容器類，然後送入一定比例的預混合可燃氣體，經火花塞點燃產生瞬間高溫去除工件表面的毛刺。該法毛刺去除效率高、效果好，不會影響零件的金相組織，適用範圍廣，但成本相對比較高，主要應用於結構比較複雜、精度要求較高的零件。

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粉末冶金零件去毛刺工藝

粉末冶金零件因其工藝和材質的特性，力學和機械性能等方面與機械加工零件相比，有很大的差異。具體體現在去毛刺的方法、過程與設備上。為了提高生產效率，提高產品的質量，大部分企業都在尋求好的去除毛刺方法，建議從以下幾方面入手。

1、採用現代設計方法，優化模具的結構。根據粉末的特性，零件的結構和模具的材質等，合理控制模具的間隙。

2、對模具進行表面處理，增加耐磨性。隨著模具磨損，表面光潔度降低，間隙增大，可採用電鍍等方法修復模具，保證模具的表面光潔度和配合間隙。

3、借用機械加工金屬材料零件去毛刺的成功經驗；從加工實用性出發，憑藉已有的經驗進行現有設備改造；與高校或者設備製造企業合作，開發適合更多粉末冶金行業運用的專用設備。

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