国内外砂带磨削的研究

国内外砂带磨削的研究、发展和应用情况

一、砂带磨削技术

随着砂带制造水平,特别是磨料涂敷能力的提高,砂带磨削技术已经进入了全新的领域。近年来又发展研制了高磨料锆刚玉,因之出现了高效砂带磨削,显著地提高了砂带切削效率和砂带使用寿命,其材料切除率已经大于100㎜3/mms。并且每毫米宽砂带加工各种钢材,切除工件材料体积已经大大超过200 mm3/mm,加工效率甚至超过了常规的车、铣、刨加工,因此,砂带磨削技术的发展,方兴未艾。

在美国、日本、西欧等工业发达国家都非常重视

砂带磨削技术的开发与应用,因此,砂带磨削机床与

砂带生产与日俱增。到1977年美国砂带磨床的

总数已突破4000台,包括砂带抛光机在内已达

5800 0台上。目前,日本、美国砂带与砂轮的产量

已接近1:1。

我国砂带磨削是五十年代末期开始应用,由航空工业部门引进国外仿型窄砂带磨床加工发动机叶片开始的。

近几年来,随着我国工业发展和国外新技术引进以及

砂带磨削技术和砂带制造技术的不断发展,砂带磨削技

术发展也加快了速度。如北京市胶合板厂、上海印刷机

械厂、沈阳市大理石厂以及沈阳市陶瓷分厂等单位对非

金属材料进行砂带磨削试验都取得了较好的效果,我国

机械行业也有了设计研究砂带磨床的专业队伍。沈阳市

机电设计院于1982年设计的带锯连续抛光机和橡胶板

砂带平面磨床已分别在上海与沈阳成功地用于生产。沈

阳磨床厂砂带磨床研究所研制的叶片砂带磨床和300x100m m 砂带平面磨床、无锡机床厂生产的无心外圆砂带磨床、北京第二机床厂生产的凸轮轴和凸轮表面砂带抛光机以及天津、沈阳、郑州等地生产的各种砂带都为我国机械行业砂带磨削技术发展作出了有益的贡献。但是,我国砂带磨削技术,包括砂带磨床设计与、造砂

带制造技术,与工业发达国家如美国、日本、西欧相比较,差距很大。在机械行业中,砂带专用机床还一比较少见;常见的是装在各种机床上的砂带磨头,从技术程度上来说,还是比较低档的。砂带磨削技术近加3年内在国内外取得长足进步与这项技术的固有特点有密切关系。

1 .极高的磨削效率据国外报导,每毫米宽砂带每秒钟可切除钢材体积大子10 m气每

毫米宽砂带可切除钢体积已显著超2 000m m3/mm。美国埃克姆公司使用平面砂带磨削1200 mm 宽不锈钢板,每分钟送进100 mm,切深可达3.l mm;另外,由于砂带磨削机械效率可达95%左右(车削加工机械效率约为65%左右),且准备时何少(换砂带只要一分钟左右,且不需平衡),因而,其生产效率是其他磨削方法无法比拟的。

2 .有较高的表面加工质量由于这种工艺方法高切除材料,已经导致相对的“冷’,

磨削;这种方法有较为敞开的工作条件,砂带高速运动,加快环境空气对流,能使大部分磨削热瞬时扩散;且这种方法本身产生热量较少,即使干磨,也极少产生零件烧伤。据国内多家使用砂带磨削的报告,砂带磨削可容易地达到Ro3.2~Rol.6um,最高达到Ra1.6~ Ra0.2um。一般形状误差亦可达到设计要求。

3 .通用范围广通用范围广是这种方法最为突出的特点。一个砂带磨头装在某种机

床上就可发挥某种机床的磨床作用,例如,装在一台具有较高精度的大型龙门刨床上,即差不多相当于同规格的龙门导轨磨床;装在一台立车_,即差不多相当子同规格的立轴圆台平面磨床。这对于小批量多品种大型零件的加工所产生的经济效益是难以估量的。

4 .加工很多其他加工方法无法加工的零件可磨削复杂型面、超大型平面、大而薄

壁的套筒、重型轴类、轧辊、钢带、盘圆钢材,各种具有不规则外形的五金工具等;另外,还可磨削其它方法很难加工的材料,如金属材料电工纯铁、不锈钢、耐热钢以及硬度HR

0 7O 以上的淬硬钢,非金属材料皮革、木板、毡类、橡胶、陶瓷、玻璃以至红兰宝石

等

这种方法的缺点就是干磨粉尘大,用成型接触轮磨削噪声大等。

二、砂带制造

砂带最佳设计一般应符合下列条件:磨削量大、加工表面质量好、砂带寿命长,这也是强力磨削砂带的几个一般要求。

磨料是砂带的重要构成要素。除了传统的氧化铝和碳化硅之外,在国外,强力磨削砂带几乎都使用锆刚玉。近来用沉淀而后烘千制出了一种刚玉磨料,其韧性较错刚玉有了进一步改善,硬度也稍有增加。这种磨料比传统磨料更纯,是一种无裂缝结晶体。

除了磨料本身之外,砂带不像砂轮,它在使用中不可能修整作业面,因此,砂粒形状及其在作业面上的分布状态就成了直接影响砂带磨削特性的重要因素。显然,具有图3(b) 分布形态的砂带要比图3(a) 的切削性能锋利得多。为了获得如图3(b)的这种分布形态,国外研制了磨料静电涂敷方法.这种方法施加高电压,借助电磁力场嵌入磨料。

由于静电涂敷方法可使绝大部分磨料尖顶朝上｛图3(b)〕。电光分析及其自动记录检验表明,磨料尖顶分布是不均匀的(图4)。因此,在新砂带使用初期,那些高的砂粒顶端,由于承受过载而很快脱落或爆裂,`使得磨料涂层厚度降低肋界以上,不可避免地使被磨零件尺寸与现状产生误差。国外砂带制造厂商采用一种称为校平法解决这个问题。将新砂带在试件上进行跑合,直到将高的磨料顶尖异平。国内大多数用户是用新砂带进行粗磨,使用过的砂带进行精磨,这是一种很有效益的方法。

磨料颗粒的涂敷形态对砂带使用性能和砂带寿命有重大关系。通过涂敷制作涂层(make-coast)和粒度涂层(size-coat)将磨料按一定密度固定在砂带衬底上,有单层涂致和多层涂敷分别如图5(a) 和(b) 所示。

单层砂粒磨损脱落，砂带即告报废,寿命短;而多层砂毅秘带却可弥补这个缺箔,上层砂粒磨钝后爆裂或脱落,形成新的可用约磨料层,因而寿命较长。当然,由于是多层磨料砂带厚度增加,

尤其是粗粒度砂带,与单层砂带相比,就会失掉砂带柔软性这一主要优点,如果砂带变得过厚,几乎难以使用。为了克服上述缺点,日本又研制出另外两种新型磨料涂敷砂带如图6(a) 和（b）所示。

图6(a)是复合磨料,用有机粘结剂将数十顺磨粒固化为球形磨料,再固定在衬底上。这种有机粘结剂强度较弱,球形复合磨粒间有足够间隙。因此在使用中,球形复合磨料上的砂毯一经磨钝即自行脱落,会产生自锐作用。这种砂带,既保持了单层砂带的柔软性,又保持了多层砂带寿命长的优点。图6（b）是将磨料砂粒木量涂敷在软木颗粒上,然后再将软木颗粒粘结在衬底上。这利`软木砂带具有很高的弹性,是其它几种砂带无法比拟的。

用来作金属、非金属材料的抛光,研磨去飞边毛刺,用途越来越广。与单层砂带相断寿命大约提高功倍,加工光洁度也明显提高,

砂带对磨削量的影响如图7 所示。

单层涂敷砂带在使用初期,有较高的磨削能力。砂粒磨钝,磨削能力急剧降低,、零件光洁度也急剧恶化。复合磨料可较长时间保持较高磨削能力,因而光洁度也可较长时间保持施定。砂带寿命较之单层砂带长3 ~ 4倍,多层砂带寿命则介于两者之间。其它影响砂带寿命的因素还有:衬底、粘结剂和砂带拼接形式。衬底,尤其是高效砂带衬底材料丰要是用聚醋织物,其纵向抗拉强度大,可以毫无困准地容许传递工100 kw 或更大动力;磨