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砂帶磨削技術在拋光工藝中的應用

2014/8/2 11:56:21點擊:
摘要:砂帶磨削作為一種新的加工技術,在國外已得到廣泛應用,發展非常迅速,與傳統的車削、銑削、砂輪磨削產生了激烈競爭,砂帶磨削的生產率比銑削高10倍,比砂輪磨削高4-10倍。砂帶磨削是一種高效率、低成本、多用途的磨削加工新方法,它對于各種材料及形狀零件加工的適應性和靈活性遠超過常規砂輪磨削工藝。本文對砂帶磨削機理進行了研究,應用砂帶磨削技術解決了不銹鋼管表面容易燒傷和剛度不足的問題,一次性對不銹鋼管進行粗拋光和精拋光,提高了生產效率,降低了生產成本,滿足了不銹鋼管的加工要求。
  引言
  砂帶磨削作為一門新技術,因其加工效率高,應用范圍廣,適應性強,使用成本低,操作安全方便等特點,而廣受青睞[4]。在國外已得到廣泛應用,發展非常迅速,與傳統的車削、銑削、砂輪磨削產生了激烈競爭。砂帶磨削的生產率比銑削高10倍,比砂輪磨削高4-10倍。砂帶磨削日益廣泛地應用于各種材料的磨削和拋光中,特別適用于加工大型薄板、帶材、長徑比很大的薄壁孔和外圓。目前砂帶磨削技術正隨著砂帶制造質量的提高和品種的發展而不斷地發展。在世界上工業發達的國家如美、英、日、德等國砂帶磨削機床及砂帶生產與日俱增,我國也對此項研究越來越重視,吸引了越來越多的大學、科研機構、工礦企業研究應用這一先進工藝,它的優越性已逐步被人們所認識。如果這一新技術得到進一步推廣應用,必將對我國的制造業產生較大影響,同時也會對企業降低成本、提高效率及提高產品加工精度起到重要作用。
  1 砂帶
  砂帶是特殊形態的多刀、多刃的切削工具,其切削功能主要由粘附在基底上的磨粒來完成。作為一顆磨粒的切削行為,可以比喻為一般切削加工刀具的微型體的切削行為。砂帶屬一種單層磨料的磨具,是砂帶磨削的主體,它由磨料、粘結劑、基體材料三要素組成,在具有可撓性且極為平坦的布料或紙料基體表面上,平整地排列著長徑立起的磨粒,靠粘結劑和基體材料保持可撓性和彈性。作為涂附磨具的主要品種,其性能是由各部分要素綜合形成的,由于這些要素的組成各異,使得砂帶這種涂附磨具的性能可滿足不同的工件材料在不同的加工條件下進行磨削加工的要求,同時也形成了砂帶磨削區別于砂輪磨削的諸多優點[1]。
  2 砂帶磨削
  砂帶磨削正是利用砂帶,按照待加工工件的要求,在一定的機械裝置上,以相應的接觸方式,并在一定的壓力作用下,使高速運轉著的砂帶與工件表面接觸產生摩擦,將工件加工表面的余量逐漸磨除或拋磨光滑的新工藝。磨粒在與工件表面的相對運動中,磨粒和工件表面間產生一定的干涉。按照干涉的程度,可區分為三個不同的過程。
 。1)滑擦 實際上此時開始接觸工件,干涉很少,磨粒只摩擦工件表面,起“滑擦”作用,此時磨粒在工件上滑擦,實際上產生了切除材料的彈性和塑性變形。
 。2)耕犁 隨著機床進給,切削厚度的增加,干涉增大了,這時磨粒在工件表面上犁出“刻線”,稱為“耕犁”。此時工件材料產生塑性流動,材料產生一個擠壓式的運動,而從磨粒下方向的前面在和兩側擠出,同時切除少量材料。
 。3)切削 在一定壓力的作用下,當有足夠的干涉并伴隨一定的切削溫度時,開始真正的“切削”,此時在滑動磨粒的前方產生斷裂而形成切屑,有相當快的切除率。砂帶上的眾多磨粒,在與工件接觸的瞬間,一部分磨粒進行切削,另一部分犁出溝槽,還有一些只起滑擦作用,甚至同一顆磨粒的不同部位以及同一部位在不同的加工時間里所起的作用也不同。除此之外,砂帶的旋轉運動又起了擦凈切屑的作用,將前進著的磨粒前方的切屑清除干凈。
  3 砂帶磨削的優點
  (1)經過精選的針狀砂粒采用先進的“靜電植砂法”,使砂粒均勻直立于基底、且鋒口向上、定向整齊排列,等高性好,容屑間隙大,接觸面小,具有較好的切削性能。應用這一多刀多刃的切削工具進行磨削加工,生產效率高。
  (2)砂帶磨削時接觸面小,摩擦發熱少,可以有效地減少工件變形及燒傷,加工精度高,砂帶在磨削時是柔性接觸,具有較好地磨削、研磨和拋光等多重作用,再加上磨削系統振動小,磨削速度穩定使得表面加工質量粗糙度值小,殘余應力狀態好,工件的粗糙度可達Ra0.4~0.1μm,且表面有均勻的粗糙度,加工表面質量高。
  (3)砂帶磨削可以用于平面、外圓、內圓磨削、復雜的異形面加工。除了有各種通用、專用設備外,設計一個砂帶磨頭能方便地裝于車床和銑床等常規現成設備上,不僅能使這些機床功能大為擴展,而且能解決一些難加工零件如超長、超大型軸類、平面零件、不規則表面等的精密加工,砂帶磨削工藝靈活性大,適應性強。
  正是利用砂帶磨削的這些優點,我們將砂帶制成輪狀的涂附磨具,把它應用于不銹鋼管拋光中,解決了不銹鋼管表面容易燒傷和剛度不足的問題。
  4砂帶拋光原理
  砂帶磨削是一種高效率、低成本、多用途的磨削加工新方法,它對于各種材料及形狀零件加工的適應性和靈活性遠超過常規砂輪磨削工藝[3]。在加工工件表面時,砂帶與砂輪的不同之處在于:砂輪在磨削時處于拉應力狀態,且因為熱量積聚,易在工件表面磨削中產生微觀裂紋和燒傷現象;而砂帶具有磨削和拋光雙重作用,呈壓應力狀態,發熱少,不易燒傷,因此又稱冷態磨削,且其切削性能明顯高于一般的砂輪磨削。正是利用砂帶磨削的這些優點, 我們將砂帶制成輪狀的涂附磨具,把它應用于不銹鋼管拋光中,解決了不銹鋼管容易導致表面燒傷的問題。不銹鋼管拋光另一個問題是長徑比大,剛性差,屬于超細管的表面加工,加工困難。為解決此問題,我們把砂帶磨輪分別裝在工件的兩側,使工件兩側徑向壓力平衡,彎曲變形大為減少,從而滿足了不銹鋼長管拋光要求。拋光不銹鋼管的原理如圖1所示,1、5為粗拋光輪, 2、4為精拋光輪,3為不銹鋼管。由2對粒度不同的砂帶磨輪分別對不銹鋼管進行粗拋光和精拋光,使不銹鋼管的粗拋光和精拋光一次完成。
  5 結論
 。1)隨著航空、航天、煤礦、石油、化工、冶金和食品等工業的蓬勃發展, 不銹鋼材料已得到廣泛地應用[2],而不銹鋼組織緊密,粘韌性大,導熱性差,用普通剛性砂輪拋光時,切屑粘附且易堵塞磨削空隙,降低了砂輪磨粒的切削作用,容易導致工件表面燒傷。砂帶磨削屬彈性磨削,與砂輪磨削相比,其徑向力小,且我們把砂帶磨輪分別裝在工件的兩側,使工件兩側徑向壓力平衡,工件不易變形,從而解決了工件剛度不足的問題。同時磨輪是由多片組成,屬于間斷磨削,葉片在旋轉中形成的氣流將磨削熱帶走,加上離心力的作用使磨屑順利排出,磨屑不會滯留,磨削過程中不會堵塞,避免了磨削燒傷,具有較好的表面質量。
 。2)用粒度不同的兩對磨輪一次性對不銹鋼管進行粗拋光和精拋光。降低了表面粗糙度值,提高了生產效率,滿足了不銹鋼管的加工要求。我國在砂帶磨削的應用方面還處在初始階段,因此,我們應大力提倡研制和應用砂帶磨削技術,以提高我們的加工工業在磨削加工方面的生產效率,降低生產成本,增強我們的產品在國際市場上的競爭力?梢灶A料,砂帶磨削技術在機械制造業中必將得到應有的重視和廣泛地應用。
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