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砂带磨削技术研究进展与发展方向

关键词 砂带 , 磨削技术|2017-12-04 09:40:47|应用技术|来源 中国涂附磨具网
摘要 1 引言砂带,即用粘结剂将磨料粘结在柔软基体上的特殊磨具,其切削作用主要由基底上具有刃角的专用磨粒来完成。砂带磨削就是利用这一方式,用对应不同几何形状工件的高速运动砂带与工件接触产...

        1 引言

        砂带,即用粘结剂将磨料粘结在柔软基体上的特殊磨具,其切削作用主要由基底上具有刃角的专用磨粒来完成。砂带磨削就是利用这一方式,用对应不同几何形状工件的高速运动砂带与工件接触产生相对摩擦,从而达到磨削抛光效果的一种磨削加工技术。在现代工业加工中,随着汽车、建材、航空航天等产业发展,对金属及非金属材料,特别是难磨材料如不锈钢、钛合金等的加工精度及完整性要求也越来越高,砂带磨削这一有着“万能磨削”和“冷态磨削”之称的磨削工艺也越来越被人们所重视。下面就对砂带磨削技术国内外研究进展、应用及关键技术发展作简要阐述。

        2 砂带磨削技术国内外研究进展

        2.1 国外研究进展

        自上世纪静电植砂技术的发展与成熟,欧美日本等国家就对涂附磨具特别是砂带磨削进行了大量研究,在制造技术及磨床设计生产领域取得了巨大的成就,保有大量的保密专利。目前国外产品系列丰富,如金刚石、cBN、锆刚玉、陶瓷磨料、复合磨料及堆积磨料砂带均有成熟制品。国际上知名的砂带品牌有美3M、Norton、德国Hermes、德国VSM、韩国DEER、日本牛头等;著名的砂带磨床制造厂商有美国Cincinnati、Sundstrand、EmersonElectric、德国Loser、德国Metab、瑞士ASEA等。在机理研究方面,日本研究者通过不断试验,利用模糊理论获得了磨削条件和影响平面度因素相对关系的表达式,既能精确地表达磨削过程,又能够满意地改善工件表面精度,为定量分析磨削参数变化对平面精度的影响提供了科学依据。J.J.Gagliardi研究了单层和多层碳化硅砂带磨削花岗石时,功率、磨削力与材料切除率之间的关系,并和柔性金刚石砂带作对比,结论是金刚石砂带切除率高,磨削力和磨削功率小,工件加工表面损伤小,磨削温度低。在新产品研究方面,磨料上美国3M公司以锆铝氧化物合成物作为磨料发明出了Cubicut砂带,磨削效果理想;德国研发出了具有多国专利的空心球复合磨粒,其制作的砂带使用寿命长,切削效率高,成本低。基体材料上日本研制出了一种以软钢带作基底的超硬磨料砂带,加工高硬度或难加工材料效果显著;美国3M公司研制出一种塑料薄膜基底,制出的砂带强度高、韧性好,可以加工出粗糙度Ra0.05um以下的工件表面粗糙度。

        2.2 国内研究进展

        我国砂带磨削领域的研究虽然相对发达国家较落后,但也正处于飞速发展阶段。张磊,余维才等研究了5头无心外圆砂带磨床磨削12Cr1MoVG合金钢管的磨削工艺,发现表面材料去除量受磨削压力、砂带线速度、磨料种类及粒度等影响较大,使用陶瓷堆积磨料砂带可获得较大的表面材料去除量和较好的表面质量。黄云,杨春强等对304不锈钢砂带磨削进行了研究,发现当磨削时间t<8s时,表面粗糙度快速减小;当t>8s时,表面粗糙度趋于稳定;表面粗糙度随着法向磨削压力的增大而减小,当法向磨削力在60~80N时,表面粗糙度有稳定的最小值。王维朗,潘复生等对不锈钢材料磨削进行了研究,试验发现不锈钢加工表面的缺陷主要是磨削裂纹和磨削烧伤,其产生的关键原因是磨削热;磨粒与工件材料在磨削过程中的交互作用受多个因素的影响,较为复杂;锆刚玉和陶瓷磨料对不锈钢材料可以获得较高的材料去除率,适用于不锈钢的磨削加工。刘瑞杰,黄云等对钛合金砂带磨削进行了研究,发现法向磨削压力越大,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;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。并且提高砂带线速度,选用合理的磨削压力、砂带磨料、磨削液和采用高粒度号的砂带等,可有效防止磨削烧伤和裂纹的产生,改善金属材料磨削的表面加工质量;磨平磨钝是砂带最主要的磨损形式,这受磨削压力、砂带线速度、工件材料硬度和磨削液等因素影响较大。在产品生产方面,国内目前有湖北玉立、郑州白鸽等上百家涂附磨具制造厂商。当下正处于涂附磨具行业的转型升级期,新产品与新技术才是核心,过剩的产能必须要转化,一味进行低成本走量竞争势必要被这个时代所淘汰,中国砂带磨削产业任重而道远。

        3 砂带磨削技术应用

        砂带磨削由于其区别于砂轮独特的柔性磨削方式,应用的广泛性是其他加工方法所不能比拟的,可应用于各工业生产领域当中。其不仅可以加工砂轮可加工的有色金属材料,对于木材,石材,塑料,皮革等非金属材料的加工也有很好的契合性,对耐热难磨材料等也有很大的加工优势,是一种高效精密的加工方法。而且砂带磨削不仅可加工平面磨,内外圆磨表面的工件,还可以加工表面加工精度要求高的小型、大型或异形件。砂带磨削加工方式较其他方法也更加灵活,磨削设备形式多样,种类繁多,常见的有手提式砂带机、万能砂带机、台式砂带机、外圆砂带磨床、平面砂带磨床、无心砂带磨床、内圆砂带磨床等,磨具样式也可根据客户的需要生产不同规格种类的产品,如砂带异形涂附磨具就是用砂带作原料进行再制造,充分利用砂带本身的柔曲性、可加工性,将成卷砂带经落料、裁成各种形状的砂带页片,再将若干页片按一定规律排列组合到金属或非金属的基体上,或缠绕到基轴上,之后用粘结剂将页片和基体粘成一体,制成各种各样的涂附磨具。

        4 砂带磨削核心技术及发展方向

        4.1 砂带磨削机理基础性研究

        虽然自上世纪开始各国科学家及工程师就对砂带磨削机理做了大量的研究,但由于理论交叉性涉及到材料、机械、化学、物理、数学等多个学科,规律十分复杂,磨削效果受环境等多种因素的影响较大,所以至今仍没有一套完整的砂带磨削理论体系。建立出能表征磨削过程、磨削现象本质,为达到相应表面质量与精度所需的磨削参数理论,是当下各国研究的重点。

        4.2 砂带新技术、新产品研究

        砂带品质是反映砂带磨削技术发展程度的一个硬性标准,新技术与新产品无疑是重中之重。基于砂带制品的三要素,砂带制品发展方向有以下三点。新式涂附磨具磨料,如SG磨料、TG磨料、锆刚玉磨料、复合磨料、堆积磨料等的研发与应用。粘结剂的改性与创新,不同种类砂带如何改进粘结剂的性能,如底胶如何增加柔韧性降低脆度,复胶如何提高把持力与硬度,不同作用超涂层的研发等等。砂带基体的研发与创新,如重负荷超强聚酯布基体、高强度超硬磨料砂带基体、金属基体、金属与纤维复合基体等等的研究与应用。

        4.3 砂带磨床自动化技术研究与国家标准的制定

        我国砂带磨削没能发挥出其优势的主要在于磨床的发展,其根本逸出并形成气泡,当运动到高压区时,这些气泡将被高压瞬间击碎,受到激烈压缩而放出大量热量,导致油温升高。

        整改措施:液压油泵的吸油口做到密封良好,如有渗油情况应及时处理;保证油箱液面高度高于吸油口,回油管路的回油口在油箱液面以下;每次换油后要排尽系统中的空气。

        (4)液压油冷却循环系统对油液冷却起到重要作用。常规冷却采用水冷式对液压系统油液进行强制冷却。水冷式冷却系统会因水循环堵塞不畅或冷却水自身温度高而使散热系数降低,达不到冷却效果,结果导致油温过高。

        整改措施:我厂炼铁多数采用的是管式冷却器。鉴别冷却效果常规的方式是通过手感温冷却器进出水管、进出油路的温度差及油箱的整体温度来鉴别。在日常维护中需要定期对冷却器进行开盖疏通冷却器水循环管路,清理污垢,保证水循环畅通;冷却水的初始温度也是决定冷却效果的重要因素,冷却器接入冷却水管时要接入高炉冷却入水管,不要接入高炉冷却回水管,以免降低冷却效果。

        5 结语

        现代液压技术广泛应用于工农业生产中,其技术高低已成为一个国家工业发展水平的标志。液压传动技术正朝着高压、高频、快速响应、精确制导等方向发展,因而对介质的要求也越来越高,故障排除也较为困难。但液压系统80%的故障都与液压油有直接的关系,所以液压介质的选用、日常的维护等就显得十分重要,油温受控也成为液压设备维护的重要环节之一。在此基础上,才能保障液压系统稳定运转,延长使用寿命。

刘鹏展,邹文俊,彭进

河南工业大学材料科学与工程学院

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