砂带磨削技术在抛光工艺中的应用

　　砂带磨削作为一门新技术，因其加工效率高，应用范围广，适应性强，使用成本低，操作安全方便等特点，而广受青睐。在国外已得到广泛应用，发展非常迅速，与传统的车削、铣削、砂轮磨削产生了激烈竞争。砂带磨削的生产率比铣削高10倍，比砂轮磨削高4-10倍。砂带磨削日益广泛地应用于各种材料的磨削和抛光中，特别适用于加工大型薄板、带材、长径比很大的薄壁孔和外圆。目前砂带磨削技术正随着砂带制造质量的提高和品种的发展而不断地发展。在世界上工业发达的国家如美、英、日、德等国砂带磨削机床及砂带生产与日俱增，我国也对此项研究越来越重视，吸引了越来越多的大学、科研机构、工矿企业研究应用这一先进工艺，它的优越性已逐步被人们所认识。如果这一新技术得到进一步推广应用，必将对我国的制造业产生较大影响，同时也会对企业降低成本、提高效率及提高产品加工精度起到重要作用。
　　
1、砂带
　　
　　砂带是特殊形态的多刀、多刃的切削工具，其切削功能主要由粘附在基底上的磨粒来完成。作为一颗磨粒的切削行为，可以比喻为一般切削加工刀具的微型体的切削行为。砂带属一种单层磨料的磨具，是砂带磨削的主体，它由磨料、粘结剂、基体材料三要素组成，在具有可挠性且极为平坦的布料或纸料基体表面上，平整地排列着长径立起的磨粒，靠粘结剂和基体材料保持可挠性和弹性。作为涂附磨具的主要品种，其性能是由各部分要素综合形成的，由于这些要素的组成各异，使得砂带这种涂附磨具的性能可满足不同的工件材料在不同的加工条件下进行磨削加工的要求，同时也形成了砂带磨削区别于砂轮磨削的诸多优点。
　　
2、砂带磨削
　　
　　砂带磨削正是利用砂带，按照待加工工件的要求，在一定的机械装置上，以相应的接触方式，并在一定的压力作用下，使高速运转着的砂带与工件表面接触产生摩擦，将工件加工表面的余量逐渐磨除或抛磨光滑的新工艺。磨粒在与工件表面的相对运动中，磨粒和工件表面间产生一定的干涉。按照干涉的程度，可区分为三个不同的过程。
　　
　　（1）滑擦实际上此时开始接触工件，干涉很少，磨粒只摩擦工件表面，起“滑擦”作用，此时磨粒在工件上滑擦，实际上产生了切除材料的弹性和塑性变形。
　　
　　（2）耕犁
　　
　　随着机床进给，切削厚度的增加，干涉增大了，这时磨粒在工件表面上犁出“刻线”，称为“耕犁”。此时工件材料产生塑性流动，材料产生一个挤压式的运动，而从磨粒下方向的前面在和两侧挤出，同时切除少量材料。
　　
　　（3）切削
　　
　　在一定压力的作用下，当有足够的干涉并伴随一定的切削温度时，开始真正的“切削”，此时在滑动磨粒的前方产生断裂而形成切屑，有相当快的切除率。砂带上的众多磨粒，在与工件接触的瞬间，一部分磨粒进行切削，另一部分犁出沟槽，还有一些只起滑擦作用，甚至同一颗磨粒的不同部位以及同一部位在不同的加工时间里所起的作用也不同。除此之外，砂带的旋转运动又起了擦净切屑的作用，将前进着的磨粒前方的切屑清除干净。
　　
3、砂带磨削的优点
　　
　　(1)经过精选的针状砂粒采用先进的“静电植砂法”，使砂粒均匀直立于基底、且锋口向上、定向整齐排列，等高性好，容屑间隙大，接触面小，具有较好的切削性能。应用这一多刀多刃的切削工具进行磨削加工，生产效率高。
　　
　　(2)砂带磨削时接触面小，摩擦发热少，可以有效地减少工件变形及烧伤，加工精度高，砂带在磨削时是柔性接触，具有较好地磨削、研磨和抛光等多重作用，再加上磨削系统振动小，磨削速度稳定使得表面加工质量粗糙度值小，残余应力状态好，工件的粗糙度可达Ｒａ0.4～0.1μｍ，且表面有均匀的粗糙度，加工表面质量高。
　　
　　(3)砂带磨削可以用于平面、外圆、内圆磨削、复杂的异形面加工。除了有各种通用、专用设备外，设计一个砂带磨头能方便地装于车床和铣床等常规现成设备上，不仅能使这些机床功能大为扩展，而且能解决一些难加工零件如超长、超大型轴类、平面零件、不规则表面等的精密加工，砂带磨削工艺灵活性大，适应性强。
　　
　　正是利用砂带磨削的这些优点，我们将砂带制成轮状的涂附磨具，把它应用于不锈钢管抛光中，解决了不锈钢管表面容易烧伤和刚度不足的问题。
　　
4、砂带抛光原理
　　
　　砂带磨削是一种高效率、低成本、多用途的磨削加工新方法，它对于各种材料及形状零件加工的适应性和灵活性远超过常规砂轮磨削工艺[3]。在加工工件表面时，砂带与砂轮的不同之处在于：砂轮在磨削时处于拉应力状态，且因为热量积聚，易在工件表面磨削中产生微观裂纹和烧伤现象；而砂带具有磨削和抛光双重作用，呈压应力状态，发热少，不易烧伤，因此又称冷态磨削，且其切削性能明显高于一般的砂轮磨削。正是利用砂带磨削的这些优点，我们将砂带制成轮状的涂附磨具，把它应用于不锈钢管抛光中，解决了不锈钢管容易导致表面烧伤的问题。不锈钢管抛光另一个问题是长径比大，刚性差，属于超细管的表面加工，加工困难。为解决此问题，我们把砂带磨轮分别装在工件的两侧，使工件两侧径向压力平衡，弯曲变形大为减少，从而满足了不锈钢长管抛光要求。抛光不锈钢管的原理，1、5为粗抛光轮，2、4为精抛光轮，3为不锈钢管。由2对粒度不同的砂带磨轮分别对不锈钢管进行粗抛光和精抛光，使不锈钢管的粗抛光和精抛光一次完成。
　　
　　工件以转速nw旋转，砂带磨轮转速均为ns，以一定压力压向工件，同时工件沿轴线作进给运动，速度为Vf。
　　
　　砂带磨轮线速度：Vs=πDns
　　
　　工件线速度：Vw=πdnw
　　
　　式中ns—砂带磨轮旋转速度(r/s)
　　
　　nw—工件旋转速度(r/s)
　　
　　d—工件外圆直径(mm)
　　
　　D—与工件接触处砂带磨轮外圆直径(mm)
　　
5、结论
　　
　　（1）随着航空、航天、煤矿、石油、化工、冶金和食品等工业的蓬勃发展,
　　
　　不锈钢材料已得到广泛地应用[2]，而不锈钢组织紧密，粘韧性大，导热性差，用普通刚性砂轮抛光时，切屑粘附且易堵塞磨削空隙，降低了砂轮磨粒的切削作用，容易导致工件表面烧伤。
　　
　　砂带磨削属弹性磨削，与砂轮磨削相比，其径向力小，且我们把砂带磨轮分别装在工件的两侧，使工件两侧径向压力平衡，工件不易变形，从而解决了工件刚度不足的问题。同时磨轮是由多片组成，属于间断磨削，叶片在旋转中形成的气流将磨削热带走，加上离心力的作用使磨屑顺利排出，磨屑不会滞留，磨削过程中不会堵塞，避免了磨削烧伤，具有较好的表面质量。
　　
　　（2）用粒度不同的两对磨轮一次性对不锈钢管进行粗抛光和精抛光。降低了表面粗糙度值，提高了生产效率，满足了不锈钢管的加工要求。我国在砂带磨削的应用方面还处在初始阶段，因此，我们应大力提倡研制和应用砂带磨削技术，以提高我们的加工工业在磨削加工方面的生产效率，降低生产成本，增强我们的产品在国际市场上的竞争力。可以预料，砂带磨削技术在机械制造业中必将得到应有的重视和广泛地应用。

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