金属毛刺的去除方法和装置与流程

本发明涉及精密加工和机械加工技术领域，更具体地，涉及一种金属毛刺的去除方法和金属毛刺的去除装置。

背景技术：

毛刺是指在切削等机械加工过程中，由于材料的塑性变形和表面撕裂等原因，在加工表面的棱边处派生出多余的微小尖棱突起物。随着工业化和自动化程度的提高，机械加工领域，特别是航空、航天、仪器仪表领域中，对机械零件制造精度要求的提高和机构设计的微型化，毛刺的危害性尤为明显，逐渐引起人们的普遍重视，并开始对毛刺的生成机理及去除方法进行研究。在过去这些年中，去毛刺方法完成了由手工向专用机械、自动化的方式发展。据粗略统计，1972年，去毛刺的方法还只有20种，1980年增加到40种，现在则已经超过了60种。

现行主流的去除毛刺技术为磨料加工、电加工、化学加工、热加工和机械加工五大类，还有其他一些特种加工例如激光加工、超声波加工等等。但是，目前能够处理微米级金属毛刺的技术十分稀少。

而且，传统的金属毛刺去除技术需要有液体工质或高温条件，因此不适于某些场合的需要，尤其是在线生产的金属薄片，目前尚无有效的毛刺去除方法。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出了一种金属毛刺的去除方法，能够有效去除微米级金属毛刺而不伤害金属待处理面的其他区域，并且无需添加额外的液体介质和磨料，因此可以在线去除，具有方便可控、生产效率高、适用性强等优点。

本发明还提出了一种金属毛刺的去除装置。

根据本发明实施例的金属毛刺的去除方法，包括以下步骤：S1：提供金属电极以及高压脉冲电源；S2：将含有金属毛刺的待处理面接地并将所述金属电极与所述高压脉冲电源电连接；S3：将所述金属电极靠近所述待处理面的金属毛刺，以击穿位于所述金属毛刺处的空气以产生空气等离子体，所述空气等离子体中的激发态粒子局部升温以使所述金属毛刺熔化或气化，实现金属毛刺的去除。

根据本发明实施例的金属毛刺的去除方法，能够有效去除微米级金属毛刺而不伤害待处理面的其他区域，并且无需添加额外的液体介质和磨料，因此可以在线去除，具有方便可控、生产效率高、适用性强等优点。

另外，根据本发明上述实施例的金属毛刺的去除方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，金属毛刺的去除方法还可以包括以下步骤：S4：清除所述金属毛刺处散落的金属颗粒物。

可选地，在所述步骤S4中，采用抽气泵将所述金属颗粒物抽离所述待处理面。

根据本发明的一些实施例，所述高压脉冲为纳秒高压脉冲，所述金属电极与所述金属毛刺之间的距离为毫米数量级。

根据本发明的一些实施例，所述金属电极为铜钨合金针电极。

根据本发明实施例的金属毛刺的去除装置，包括：用于产生高压脉冲的高压脉冲电源；金属电极，所述金属电极的一端与所述高压脉冲电源的正极相连；石英玻璃管，所述石英玻璃管内限定有一端敞开的管腔，所述金属电极的另一端从所述石英玻璃管的另一端伸入所述管腔内，所述管腔的内径大于所述金属电极的外径；用于放置具有待处理面的待处理件的基座，所述基座和所述石英玻璃管中的至少一个可活动。

根据本发明实施例的金属毛刺的去除装置，能够利用空气等离子体技术去除微米级金属毛刺，并且去除过程不会伤害待处理面的其他区域，结构简单，成本低廉。

根据本发明的一些实施例，所述金属电极与所述管腔同轴设置。

根据本发明的一些实施例，所述金属电极的另一端位于所述管腔内且所述金属电极的另一端与所述管腔的一端之间的距离为D，其中，0.2mm≤D≤1mm。

根据本发明的一些实施例，所述基座可活动。

根据本发明的一些实施例，所述石英玻璃管的邻近所述另一端的内径为a，其中，5mm≤a≤10mm。

根据本发明的一些实施例，所述高压脉冲电源为纳秒高压脉冲电源。

根据本发明的一些实施例，所述金属电极为铜钨合金针电极。

可选地，所述金属电极与所述高压脉冲电源之间设有限流电阻。

可选地，所述石英玻璃管的另一端通过橡胶塞密封，所述金属电极穿过所述橡胶塞伸入所述管腔。

根据本发明的一些实施例，所述石英玻璃管的周壁上形成有与所述管腔连通的除料口，所述除料口连接有除料组件以去除所述管腔内的金属颗粒物。

可选地，所述除料组件包括：抽气泵和连接管，所述连接管的两端分别与所述除料口和所述抽气泵相连。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的金属毛刺的去除方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的金属毛刺的去除装置的示意图。

附图标记：

100：金属毛刺的去除装置；200：待处理件；

1：高压脉冲电源；2：金属电极；3：石英玻璃管；4：基座；5：橡胶塞；6：除料组件；30：管腔；31：除料口；41：调节旋钮；61：抽气泵；62：连接管。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。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，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

下面结合图1对根据本发明实施例的金属毛刺的去除方法进行详细描述。

如图1所示，根据本发明实施例的金属毛刺的去除方法可以包括以下步骤：S1：提供金属电极以及高压脉冲电源，以进行后续对金属毛刺的去除。S2：将含有金属毛刺的待处理面接地，并将金属电极与高压脉冲电源电连接，通过高压脉冲电源为金属电极提供电能。S3：将金属电极靠近待处理面的金属毛刺，以击穿位于金属毛刺处的空气以产生空气等离子体，空气等离子体中的激发态粒子可以局部升温，以使金属毛刺熔化或气化，实现金属毛刺的去除。

需要去除金属处理面的金属毛刺时，只需将金属电极与高压脉冲电源的正极相连，再将金属电极对准待处理面的金属毛刺，开启高压电脉冲源，将金属电极靠近金属毛刺，即可利用产生的空气等离子体进行金属毛刺去除，简单方便。

根据本发明实施例的金属毛刺的去除方法，在去除金属毛刺时，金属电极将金属毛刺点处的空气击穿产生空气等离子体，空气等离子体中存在大量高活性的激发态粒子，在百纳秒时间内局部温升可使得毛刺点熔化或者气化，达到去除效果。由于尖端效应的原因，放电会优先发生在金属的尖端(即金属毛刺点)，并且该放电为瞬时的脉冲放电，这样放电产生的热量来不及传导扩散到其余部分，把每次放电点局限在很小的范围之内，不会对毛刺点以外的地方产生破坏，不会伤害待金属处理面的其他区域。

同时，激发态粒子作用于金属毛刺尖端时，由于产生极强的电场，会产生一定的刻蚀效果，设置合适的高压脉冲电源参数、金属电极布置，可以方便地控制产生的空气等离子体的参数，得到合适的空气等离子体参数和气体温度等条件，可以实现微米级金属毛刺的在线去除。

另外，去除金属毛刺时可以在空气中直接进行，无需额外通入其他气体，也无需添加额外的液体介质和磨料，因此可以实现在线去除，所处理的金属毛刺材料可以为铝、铜等多种金属，不仅生产方便、效率高，而且适用性强。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，金属毛刺的去除方法还可以包括以下步骤：S4：清除金属毛刺处散落的金属颗粒物，从而可以避免散落的金属颗粒物影响金属待处理面的其他区域。

可选地，在步骤S4中，可以采用抽气泵将金属颗粒物抽离待处理面，防止处理后散落的金属颗粒伤害已处理的金属表面，并且抽气泵结构简单，使用方便省力，可以提高金属毛刺的去除效果。

根据本发明的一些实施例，高压脉冲为纳秒高压脉冲，也就是说，高压脉冲电源为纳秒高压脉冲电源。金属电极与金属毛刺之间的距离为毫米数量级，即金属电极与金属毛刺之间存在几毫米的距离。一方面，可以保证金属电极连接高压脉冲之后能够产生空气等离子体，以对金属毛刺进行去除，另一方面，可以保证产生的空气等离子体中的激发态粒子可以将金属毛刺熔化或气化，进一步提高金属毛刺的去除效果。

在一些实施例中，金属电极可为铜钨合金针电极，铜钨合金针电极具有良好的导电性，并且在高温条件下，铜钨合金针电极不软化，热膨胀小，并且耐高温，耐电弧烧蚀，可以保证良好的去除效果。当然，本发明并不限于此，金属电极还可以是其他金属制成的电极或其他合金电极。

参考图2所示，根据本发明实施例的金属毛刺的去除装置100可以包括：高压脉冲电源1、金属电极2、石英玻璃管3和基座4。

具体而言，高压脉冲电源1可用于产生高压脉冲，为后续去除金属毛刺过程提供能源。

如图2所示，金属电极2的一端可与高压脉冲电源1的输出端相连，石英玻璃管3内可以限定有一端敞开的管腔30，金属电极2的另一端可以从石英玻璃管3的另一端伸入管腔30内，管腔30的内经可以大于金属电极2的外径，从而金属电极2的另一端可以容纳在石英玻璃管3的管腔30内。

基座4可用于放置具有待处理面的待处理件200，基座4和石英玻璃管3中的至少一个可活动。也就是说，基座4可以活动，使待处理件200可以靠近金属电极2；或者，石英玻璃管3可以活动，从而可以带动金属电极2向靠近金属毛刺的方向运动；再或者，石英玻璃管3和金属电极2可以同时活动，二者可以相向运动，从而可以使金属电极2靠近待处理面的金属毛刺，实现去除工作。

金属毛刺的去除装置100工作时，高压脉冲电源1为金属电极2提供高压脉冲，待处理面接地，金属电极2与待处理面靠近，金属电极2将金属毛刺处的空气击穿产生空气等离子体，空气等离子体中存在大量高活性的激发态粒子，激发态粒子包括电子、正离子以及亚稳态粒子等，激发态粒子在百纳秒时间内局部温升可使得毛刺点熔化或者气化，达到去除效果。

根据本发明实施例的金属毛刺的去除装置100，通过将金属电极2的一端与高压脉冲电源1的正极相连，并将金属电极2的另一端伸入石英玻璃管3的管腔30内，使得金属电极2与带处理表面靠近时，金属电极2将金属毛此处的空气击穿产生空气等离子体，利用空气等离子体中的激发态粒子熔化或者气化金属毛刺，实现去除金属毛刺。

并且，由于尖端效应的原因，放电会优先发生在金属的尖端(即金属毛刺点)，并且该放电为瞬时的脉冲放电，这样放电产生的热量来不及传导扩散到其余部分，把每次放电点局限在很小的范围之内，不会对金属毛刺点以外的地方产生破坏，不会伤害待金属处理面的其他区域。

同时，激发态粒子作用于金属毛刺尖端时，由于产生极强的电场，会产生一定的刻蚀效果，设置合适的高压脉冲电源1参数、金属电极2布置，可以方便地控制产生的空气等离子体的参数，得到合适的空气等离子体参数和气体温度等条件，可以实现微米级金属毛刺的在线去除。

另外，去除金属毛刺时可以在空气中直接进行，无需额外通入其他气体，也无需添加额外的液体介质和磨料，因此可以实现在线去除，所处理的金属毛刺材料可以为铝、铜等多种金属，不仅结构简单，操作方便，而且去除效率高，适用性强。

根据本发明的一些实施例，金属电极2与管腔30可以同轴设置，装配方便，可以提高金属电极2的稳定性。

可选地，如图2所示，金属电极2的另一端可位于管腔30内，从而可以利用石英玻璃管3对金属电极2提供一定程度的保护，并且金属电极2的另一端与管腔30的一端之间的距离为D，其中，D可以满足0.2mm≤D≤1mm。也就是说，金属电极2的端部与管腔30的端部之间的距离可以在0.2mm-1mm之间取值。例如，金属电极2的端部与管腔30的端部之间的距离可以是0.5mm。通过将金属电极2的端部与管腔30的端部之间设置0.2mm-1mm的间距，可以避免金属电极2与待处理面直接接触，提高稳定性和可靠性。

在一些实施例中，基座4可以活动。例如，在如图2所示的示例中，基座4可以在X、Y、Z方向上移动，即基座4可以是三维移动平台，基座4上可以设有调节旋钮41，旋转调节旋钮41可以手动控制基座4移动，从而可以方便地将待处理面靠近金属电极2，进而可以实现对金属毛刺的去除，结构简单，操作更加方便省力。

根据本发明的一些实施例，如图2所示，石英玻璃管3的邻近另一端的内径为a，其中，a可以满足：5mm≤a≤10mm。也就是说，石英玻璃管3的邻近待处理面的一端的内径可以在5mm-10mm之间取值。例如，石英玻璃管3的一端的内径可以是8mm。由此，可以使石英玻璃管3的管口较细，形成细管口，将该细管口对准待处理面的金属毛刺，可以有效去除微米级的金属毛刺，提高去除效果。

在本发明的一些实施例中，高压脉冲电源1可为纳秒高压脉冲电源1，以进一步提高金属毛刺去除的效果和效率。

根据本发明的一些实施例，金属电极2可以是铜钨合金针电极，铜钨合金针电极具有良好的导电性，并且在高温条件下，铜钨合金针电极不软化，热膨胀小，并且耐高温，耐电弧烧蚀，可以保证良好的去除效果。当然，本发明并不限于此，金属电极2还可以是其他金属制成的电极或其他合金电极。

在一些实施例中，金属电极2与高压脉冲电源1之间可以设有限流电阻(图中未示出)，限流电阻可以减小金属电极2的电流，避免去除毛刺的过程中对待处理件200的其他区域造成伤害。

如图2所示，石英玻璃管3的一端可以通过橡胶塞5密封，以使管腔30的一端封闭，金属电极2可以穿过橡胶塞5伸入管腔30，不仅可以提高金属电极2的稳定性和可靠性，而且可以使金属电极2随石英玻璃管3移动，提高操作的便利性。

根据本发明的一些实施例，如图2所示，石英玻璃管3的周壁上可以形成有与管腔30连通的除料口31，处料口可以连接有除料组件6，以去除管腔30内的金属颗粒物。由此，被空气等离子体熔化或气化的金属毛刺颗粒散落在空气中，除料组件6可以从除料口31除去管腔30内的金属颗粒，避免散落的金属颗粒对待处理面造成影响，保证良好的去除效果。

可选地，除料组件6可以包括：抽气泵61和连接管62，如图2所示，连接管62的两端可以分别与除料口31和抽气泵61相连，在去除金属毛刺时，开启抽气泵61，抽气泵61可以抽除管腔30中的空气，散落在空气中的金属颗粒可以同时被抽走，清除效率高，并且结构简单，成本低廉。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“具体实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。