砂带磨削金属材料的工艺及机理研究

砂带磨削金属材料的工艺及机理研究

砂带磨削技术作为一种磨削和抛光相结合的新工艺,因其具有加工效率高、“冷态”磨削、磨削速度稳定、磨削精度高和磨削成本低等优点,被认为是一种优质、高效、低耗和用途广泛的加工方法。与传统车削、铣削和砂轮磨削等材料加工工艺相比,砂带磨削技术可有效提高和改善铝合金、钛合金、不锈钢和结构钢等金属材料的表面加工质量和加工工艺性能,并可大大降低材料加工成本。

但目前,国内外对于铝合金、钛合金、不锈钢和结构钢等金属材料的砂带磨削工艺及其机理的研究还不够深入。因此,进一步开展铝合金、钛合金、不锈钢和结构钢等金属材料砂带磨削工艺及其机理的研究,对于系统建立金属材料的砂带磨削加工工艺理论、提出金属材料有效的砂带磨削工艺控制措施和拓展砂带磨削工艺的应用范围有重要意义。

本文基于外圆砂带磨床磨削工艺,研究了砂带磨削工艺因素(如砂带线速度、磨削压力、砂带磨料种类、粒度、工件材料以及磨削液等)对铝合金、钛合金、不锈钢和结构钢等金属材料的材料去除率和表面加工质量的影响规律,分析了不同磨料砂带的磨损形式及其耐用度变化规律、以及砂带磨损的表面形貌和砂带磨削工件的表面显微特征,并对砂带磨削过程中金属与陶瓷磨料的作用机理进行了讨论。本文研究结果表明:①外圆砂带磨削金属材料的材料去除率受磨削压力、砂带线速度、工件材料、磨料种类及粒度等的影响较大。

其中法向磨削压力越大,材料去除率越大;随着砂带线速度增大,材料去除率先增大后减小,并且不同金属材料对应着不同的最佳砂带线速度范围;陶瓷和锆刚玉磨料的砂带较之氧化铝和碳化硅磨料的砂带有较高的材料去除率;工件材料的硬度越低、磨料粒度号越低,材料的去除率越高。②外圆砂带磨削金属材料时,

对于不同的金属材料,尽可能提高砂带线速度,并合理选用磨削压力、砂带磨料、磨削液和采用高粒度号砂带等措施可有效改善金属材料砂带磨削的表面加工质量。

③磨平磨钝是砂带磨粒最主要的磨损形式,其磨损受磨削压力、砂带线速度、工件材料硬度和磨削液等因素的影响较大。④氧化铝和锆刚玉磨料的砂带在一定时间内的磨损较之陶瓷磨料的砂带更快,磨损高度降低更多;陶瓷磨料的砂带在一定累积金属切除量内的磨损量明显少于氧化铝和锆刚玉磨料的砂带。

⑤砂带磨削过程中金属材料与陶瓷磨料间的的作用机理较为复杂,其主要包括磨削烧伤机理、粘着磨损机理和相变机理等。