金屬毛刺的去除方法和裝置與流程

本發明涉及精密加工和機械加工技術領域，更具體地，涉及一種金屬毛刺的去除方法和金屬毛刺的去除裝置。

背景技術：

毛刺是指在切削等機械加工過程中，由于材料的塑性變形和表面撕裂等原因，在加工表面的棱邊處派生出多余的微小尖棱突起物。隨著工業化和自動化程度的提高，機械加工領域，特別是航空、航天、儀器儀表領域中，對機械零件制造精度要求的提高和機構設計的微型化，毛刺的危害性尤為明顯，逐漸引起人們的普遍重視，并開始對毛刺的生成機理及去除方法進行研究。在過去這些年中，去毛刺方法完成了由手工向專用機械、自動化的方式發展。據粗略統計，1972年，去毛刺的方法還只有20種，1980年增加到40種，現在則已經超過了60種。

現行主流的去除毛刺技術為磨料加工、電加工、化學加工、熱加工和機械加工五大類，還有其他一些特種加工例如激光加工、超聲波加工等等。但是，目前能夠處理微米級金屬毛刺的技術十分稀少。

而且，傳統的金屬毛刺去除技術需要有液體工質或高溫條件，因此不適于某些場合的需要，尤其是在線生產的金屬薄片，目前尚無有效的毛刺去除方法。

技術實現要素：

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明提出了一種金屬毛刺的去除方法，能夠有效去除微米級金屬毛刺而不傷害金屬待處理面的其他區域，并且無需添加額外的液體介質和磨料，因此可以在線去除，具有方便可控、生產效率高、適用性強等優點。

本發明還提出了一種金屬毛刺的去除裝置。

根據本發明實施例的金屬毛刺的去除方法，包括以下步驟：S1：提供金屬電極以及高壓脈沖電源；S2：將含有金屬毛刺的待處理面接地并將所述金屬電極與所述高壓脈沖電源電連接；S3：將所述金屬電極靠近所述待處理面的金屬毛刺，以擊穿位于所述金屬毛刺處的空氣以產生空氣等離子體，所述空氣等離子體中的激發態粒子局部升溫以使所述金屬毛刺熔化或氣化，實現金屬毛刺的去除。

根據本發明實施例的金屬毛刺的去除方法，能夠有效去除微米級金屬毛刺而不傷害待處理面的其他區域，并且無需添加額外的液體介質和磨料，因此可以在線去除，具有方便可控、生產效率高、適用性強等優點。

另外，根據本發明上述實施例的金屬毛刺的去除方法還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一些實施例，金屬毛刺的去除方法還可以包括以下步驟：S4：清除所述金屬毛刺處散落的金屬顆粒物。

可選地，在所述步驟S4中，采用抽氣泵將所述金屬顆粒物抽離所述待處理面。

根據本發明的一些實施例，所述高壓脈沖為納秒高壓脈沖，所述金屬電極與所述金屬毛刺之間的距離為毫米數量級。

根據本發明的一些實施例，所述金屬電極為銅鎢合金針電極。

根據本發明實施例的金屬毛刺的去除裝置，包括：用于產生高壓脈沖的高壓脈沖電源；金屬電極，所述金屬電極的一端與所述高壓脈沖電源的正極相連；石英玻璃管，所述石英玻璃管內限定有一端敞開的管腔，所述金屬電極的另一端從所述石英玻璃管的另一端伸入所述管腔內，所述管腔的內徑大于所述金屬電極的外徑；用于放置具有待處理面的待處理件的基座，所述基座和所述石英玻璃管中的至少一個可活動。

根據本發明實施例的金屬毛刺的去除裝置，能夠利用空氣等離子體技術去除微米級金屬毛刺，并且去除過程不會傷害待處理面的其他區域，結構簡單，成本低廉。

根據本發明的一些實施例，所述金屬電極與所述管腔同軸設置。

根據本發明的一些實施例，所述金屬電極的另一端位于所述管腔內且所述金屬電極的另一端與所述管腔的一端之間的距離為D，其中，0.2mm≤D≤1mm。

根據本發明的一些實施例，所述基座可活動。

根據本發明的一些實施例，所述石英玻璃管的鄰近所述另一端的內徑為a，其中，5mm≤a≤10mm。

根據本發明的一些實施例，所述高壓脈沖電源為納秒高壓脈沖電源。

根據本發明的一些實施例，所述金屬電極為銅鎢合金針電極。

可選地，所述金屬電極與所述高壓脈沖電源之間設有限流電阻。

可選地，所述石英玻璃管的另一端通過橡膠塞密封，所述金屬電極穿過所述橡膠塞伸入所述管腔。

根據本發明的一些實施例，所述石英玻璃管的周壁上形成有與所述管腔連通的除料口，所述除料口連接有除料組件以去除所述管腔內的金屬顆粒物。

可選地，所述除料組件包括：抽氣泵和連接管，所述連接管的兩端分別與所述除料口和所述抽氣泵相連。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

圖1是根據本發明實施例的金屬毛刺的去除方法的流程圖；

圖2是根據本發明實施例的金屬毛刺的去除裝置的示意圖。

附圖標記：

100：金屬毛刺的去除裝置；200：待處理件；

1：高壓脈沖電源；2：金屬電極；3：石英玻璃管；4：基座；5：橡膠塞；6：除料組件；30：管腔；31：除料口；41：調節旋鈕；61：抽氣泵；62：連接管。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“上”、“下”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。

下面結合圖1對根據本發明實施例的金屬毛刺的去除方法進行詳細描述。

如圖1所示，根據本發明實施例的金屬毛刺的去除方法可以包括以下步驟：S1：提供金屬電極以及高壓脈沖電源，以進行后續對金屬毛刺的去除。S2：將含有金屬毛刺的待處理面接地，并將金屬電極與高壓脈沖電源電連接，通過高壓脈沖電源為金屬電極提供電能。S3：將金屬電極靠近待處理面的金屬毛刺，以擊穿位于金屬毛刺處的空氣以產生空氣等離子體，空氣等離子體中的激發態粒子可以局部升溫，以使金屬毛刺熔化或氣化，實現金屬毛刺的去除。

需要去除金屬處理面的金屬毛刺時，只需將金屬電極與高壓脈沖電源的正極相連，再將金屬電極對準待處理面的金屬毛刺，開啟高壓電脈沖源，將金屬電極靠近金屬毛刺，即可利用產生的空氣等離子體進行金屬毛刺去除，簡單方便。

根據本發明實施例的金屬毛刺的去除方法，在去除金屬毛刺時，金屬電極將金屬毛刺點處的空氣擊穿產生空氣等離子體，空氣等離子體中存在大量高活性的激發態粒子，在百納秒時間內局部溫升可使得毛刺點熔化或者氣化，達到去除效果。由于尖端效應的原因，放電會優先發生在金屬的尖端(即金屬毛刺點)，并且該放電為瞬時的脈沖放電，這樣放電產生的熱量來不及傳導擴散到其余部分，把每次放電點局限在很小的范圍之內，不會對毛刺點以外的地方產生破壞，不會傷害待金屬處理面的其他區域。

同時，激發態粒子作用于金屬毛刺尖端時，由于產生極強的電場，會產生一定的刻蝕效果，設置合適的高壓脈沖電源參數、金屬電極布置，可以方便地控制產生的空氣等離子體的參數，得到合適的空氣等離子體參數和氣體溫度等條件，可以實現微米級金屬毛刺的在線去除。

另外，去除金屬毛刺時可以在空氣中直接進行，無需額外通入其他氣體，也無需添加額外的液體介質和磨料，因此可以實現在線去除，所處理的金屬毛刺材料可以為鋁、銅等多種金屬，不僅生產方便、效率高，而且適用性強。

根據本發明的一些實施例，如圖1所示，金屬毛刺的去除方法還可以包括以下步驟：S4：清除金屬毛刺處散落的金屬顆粒物，從而可以避免散落的金屬顆粒物影響金屬待處理面的其他區域。

可選地，在步驟S4中，可以采用抽氣泵將金屬顆粒物抽離待處理面，防止處理后散落的金屬顆粒傷害已處理的金屬表面，并且抽氣泵結構簡單，使用方便省力，可以提高金屬毛刺的去除效果。

根據本發明的一些實施例，高壓脈沖為納秒高壓脈沖，也就是說，高壓脈沖電源為納秒高壓脈沖電源。金屬電極與金屬毛刺之間的距離為毫米數量級，即金屬電極與金屬毛刺之間存在幾毫米的距離。一方面，可以保證金屬電極連接高壓脈沖之后能夠產生空氣等離子體，以對金屬毛刺進行去除，另一方面，可以保證產生的空氣等離子體中的激發態粒子可以將金屬毛刺熔化或氣化，進一步提高金屬毛刺的去除效果。

在一些實施例中，金屬電極可為銅鎢合金針電極，銅鎢合金針電極具有良好的導電性，并且在高溫條件下，銅鎢合金針電極不軟化，熱膨脹小，并且耐高溫，耐電弧燒蝕，可以保證良好的去除效果。當然，本發明并不限于此，金屬電極還可以是其他金屬制成的電極或其他合金電極。

參考圖2所示，根據本發明實施例的金屬毛刺的去除裝置100可以包括：高壓脈沖電源1、金屬電極2、石英玻璃管3和基座4。

具體而言，高壓脈沖電源1可用于產生高壓脈沖，為后續去除金屬毛刺過程提供能源。

如圖2所示，金屬電極2的一端可與高壓脈沖電源1的輸出端相連，石英玻璃管3內可以限定有一端敞開的管腔30，金屬電極2的另一端可以從石英玻璃管3的另一端伸入管腔30內，管腔30的內經可以大于金屬電極2的外徑，從而金屬電極2的另一端可以容納在石英玻璃管3的管腔30內。

基座4可用于放置具有待處理面的待處理件200，基座4和石英玻璃管3中的至少一個可活動。也就是說，基座4可以活動，使待處理件200可以靠近金屬電極2；或者，石英玻璃管3可以活動，從而可以帶動金屬電極2向靠近金屬毛刺的方向運動；再或者，石英玻璃管3和金屬電極2可以同時活動，二者可以相向運動，從而可以使金屬電極2靠近待處理面的金屬毛刺，實現去除工作。

金屬毛刺的去除裝置100工作時，高壓脈沖電源1為金屬電極2提供高壓脈沖，待處理面接地，金屬電極2與待處理面靠近，金屬電極2將金屬毛刺處的空氣擊穿產生空氣等離子體，空氣等離子體中存在大量高活性的激發態粒子，激發態粒子包括電子、正離子以及亞穩態粒子等，激發態粒子在百納秒時間內局部溫升可使得毛刺點熔化或者氣化，達到去除效果。

根據本發明實施例的金屬毛刺的去除裝置100，通過將金屬電極2的一端與高壓脈沖電源1的正極相連，并將金屬電極2的另一端伸入石英玻璃管3的管腔30內，使得金屬電極2與帶處理表面靠近時，金屬電極2將金屬毛此處的空氣擊穿產生空氣等離子體，利用空氣等離子體中的激發態粒子熔化或者氣化金屬毛刺，實現去除金屬毛刺。

并且，由于尖端效應的原因，放電會優先發生在金屬的尖端(即金屬毛刺點)，并且該放電為瞬時的脈沖放電，這樣放電產生的熱量來不及傳導擴散到其余部分，把每次放電點局限在很小的范圍之內，不會對金屬毛刺點以外的地方產生破壞，不會傷害待金屬處理面的其他區域。

同時，激發態粒子作用于金屬毛刺尖端時，由于產生極強的電場，會產生一定的刻蝕效果，設置合適的高壓脈沖電源1參數、金屬電極2布置，可以方便地控制產生的空氣等離子體的參數，得到合適的空氣等離子體參數和氣體溫度等條件，可以實現微米級金屬毛刺的在線去除。

另外，去除金屬毛刺時可以在空氣中直接進行，無需額外通入其他氣體，也無需添加額外的液體介質和磨料，因此可以實現在線去除，所處理的金屬毛刺材料可以為鋁、銅等多種金屬，不僅結構簡單，操作方便，而且去除效率高，適用性強。

根據本發明的一些實施例，金屬電極2與管腔30可以同軸設置，裝配方便，可以提高金屬電極2的穩定性。

可選地，如圖2所示，金屬電極2的另一端可位于管腔30內，從而可以利用石英玻璃管3對金屬電極2提供一定程度的保護，并且金屬電極2的另一端與管腔30的一端之間的距離為D，其中，D可以滿足0.2mm≤D≤1mm。也就是說，金屬電極2的端部與管腔30的端部之間的距離可以在0.2mm-1mm之間取值。例如，金屬電極2的端部與管腔30的端部之間的距離可以是0.5mm。通過將金屬電極2的端部與管腔30的端部之間設置0.2mm-1mm的間距，可以避免金屬電極2與待處理面直接接觸，提高穩定性和可靠性。

在一些實施例中，基座4可以活動。例如，在如圖2所示的示例中，基座4可以在X、Y、Z方向上移動，即基座4可以是三維移動平臺，基座4上可以設有調節旋鈕41，旋轉調節旋鈕41可以手動控制基座4移動，從而可以方便地將待處理面靠近金屬電極2，進而可以實現對金屬毛刺的去除，結構簡單，操作更加方便省力。

根據本發明的一些實施例，如圖2所示，石英玻璃管3的鄰近另一端的內徑為a，其中，a可以滿足：5mm≤a≤10mm。也就是說，石英玻璃管3的鄰近待處理面的一端的內徑可以在5mm-10mm之間取值。例如，石英玻璃管3的一端的內徑可以是8mm。由此，可以使石英玻璃管3的管口較細，形成細管口，將該細管口對準待處理面的金屬毛刺，可以有效去除微米級的金屬毛刺，提高去除效果。

在本發明的一些實施例中，高壓脈沖電源1可為納秒高壓脈沖電源1，以進一步提高金屬毛刺去除的效果和效率。

根據本發明的一些實施例，金屬電極2可以是銅鎢合金針電極，銅鎢合金針電極具有良好的導電性，并且在高溫條件下，銅鎢合金針電極不軟化，熱膨脹小，并且耐高溫，耐電弧燒蝕，可以保證良好的去除效果。當然，本發明并不限于此，金屬電極2還可以是其他金屬制成的電極或其他合金電極。

在一些實施例中，金屬電極2與高壓脈沖電源1之間可以設有限流電阻(圖中未示出)，限流電阻可以減小金屬電極2的電流，避免去除毛刺的過程中對待處理件200的其他區域造成傷害。

如圖2所示，石英玻璃管3的一端可以通過橡膠塞5密封，以使管腔30的一端封閉，金屬電極2可以穿過橡膠塞5伸入管腔30，不僅可以提高金屬電極2的穩定性和可靠性，而且可以使金屬電極2隨石英玻璃管3移動，提高操作的便利性。

根據本發明的一些實施例，如圖2所示，石英玻璃管3的周壁上可以形成有與管腔30連通的除料口31，處料口可以連接有除料組件6，以去除管腔30內的金屬顆粒物。由此，被空氣等離子體熔化或氣化的金屬毛刺顆粒散落在空氣中，除料組件6可以從除料口31除去管腔30內的金屬顆粒，避免散落的金屬顆粒對待處理面造成影響，保證良好的去除效果。

可選地，除料組件6可以包括：抽氣泵61和連接管62，如圖2所示，連接管62的兩端可以分別與除料口31和抽氣泵61相連，在去除金屬毛刺時，開啟抽氣泵61，抽氣泵61可以抽除管腔30中的空氣，散落在空氣中的金屬顆粒可以同時被抽走，清除效率高，并且結構簡單，成本低廉。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本說明書的描述中，參考術語“實施例”、“具體實施例”、“示例”或“具體示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。