砂带磨削及其应用研究.pdf

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精密制造与自动化eec0l试验与研究l气3气砂带磨削及其应用研究南通工学院（226007）谢国如摘要本文介绍了砂带磨削的机理及其在国内外应用的状况，提出我国应重视对砂带磨削机理及其设备的研究开发，尽快缩短我国同先进国家在砂带磨削技术研究及应用领域的差距。

关键词砂带磨削涂附磨具砂带引言美国在二战期间首先在兵器制造业中应用砂带磨削金属材料，收到了显著的加工效果；后来，欧洲诸国以及日本等工业发达国家也都相继对砂带磨削进行了研究和发展，逐渐使砂带磨削发展成为一个独立、自成体系的加工领域；目前，砂带磨削技术正以其独具的加工特点成为一种很重要的加工方法。

一、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。

二、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。

随着涂附磨具生产技术的飞速发展，砂带磨削已完成从简单的加工向强力磨削（重磨削）、高精度和低粗糙度磨削加工的转变。

14砂带的磨削过程中，单个磨粒的切削运动，可看作随机床的送给运动，即在接触轮支撑下，以一定的压力压向工件表面的进给运动，同时砂带又在驱动轮、张紧轮及接触轮作用作高速旋转运动。

其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。

按照干涉的程序，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，而从磨粒下方向前面和两侧挤出，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。

三、砂带磨削的特点由于静电植砂的砂带可以保证磨粒在砂带上的排列均匀，锐端向外，加工时大量磨粒能同时发生切削作用；较长的砂带周长使磨料得到良好的冷却；柔维普资讯http:

/2004年第4期（总第160期）性的砂带容易适应不同形状的工作，因而，砂带磨削有许多优点。

（1）生产效率高在金属切削效率方面，砂带磨床已远远超砂轮磨床，约为其4倍以上，一般地，砂轮旋转运动所消耗的能量大概占总功率的40，而维持砂带运动的功率消耗仅为4，最高也只有10，其功率利用率高达9o以上。

国外生产的强力砂带磨床，金属切除率已高达7375erarain。

（2）适用范围广几乎可加工所有工程材料及各种复杂形状的表面，现砂带磨削已成功地运用于难磨削材料的磨削加工，金属材料如钛合金、不锈钢、各种耐热钢、淬火钢、各种难加工铸铁和有色金属；非金属材料如陶瓷、大理石、玻璃等；特殊材料如单晶硅体、红宝石、蓝宝石等；复杂型面如叶片、摆线齿轮等。

（3）磨削质量好经砂带磨削的工件表面的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度与经同类型砂轮磨削的相当，而表面层冷硬程度和残余应力等质量指标则明显改善。

例如用砂带磨削外圆时，精磨后尺寸精度可达0003一-t-OO05mm，表面粗糙度RaO2063Ixm；用砂带磨削与特种加工相结合的复合工艺又可进一步提高加工精度和表面质量。

如砂带磨削与超声振动相结合抛磨磁盘涂层表面时，粗糙度可达0O1Ixm；砂带磨削其表面冷硬程度与残余应力仅为砂轮磨削有I10。

（4）加工成本低设备投资少，更换一条砂带只需1分钟，调整时间少，生产效率高，其成本明显低于同类型砂轮磨削。

（5）不易产生烧伤现象很多情况下，在砂带磨损不严重时采用干磨使工件温度仍保持在低温状态。

这使砂带磨削朝着强力高效磨削发展具备了更优越的客观条件。

同时砂带强力高效磨削有别于砂轮强力高效磨削。

砂轮强力磨削是通过提高砂轮线速度实现的，而砂带强力磨削是通过提高带面垂直负荷（磨削压力）而发展起来的，其线速度一般控制在1535ms范围内，很少超过50rrds。

四、国外砂带磨削应用情况国外砂带磨削经历了几十年的发展，已经进入了向现代化发展的新阶段。

在工业发达国家如美、德、英、日都非常重视砂带磨削技术的开发和应用，因此，砂带磨削机床及砂带生产与日俱增。

砂带磨削应用领域在日趋扩大，从一般家庭生活到工业生产和各个领域无所不用，如钢铁工业、航空航天工业、机械加工、造船业、铸造业、交通运输、金属加工、木器、石材、砖材、纤维、塑料器具和器械等。

就其应用范围而言，从非金属材料到金属材料的磨削从用作一般材料的磨削到难加工材料如钛合金、陶瓷、宝石等的磨削；从用作一般精度要求的工件磨削发展到精密、超精密工件的磨削，如成功地应用于磁盘、录像机等精密零件磨削中。

就砂带磨床的种类而言，由起初的手动砂带磨床，发展到电动砂带磨床，进一步研制出自适应控制的砂带磨床，在生产率和自动化程度提高的同时，使加工精度实现可控化；在拥有一般的砂带平面磨床、内外圆磨床等的同时又制造出多工位的砂带专用磨床、数控砂带磨床以及以砂带磨床组成的自动线，满足了不同厂家对不同材料和形状的零件加工要求。

就砂带制造水平而言，国外生产有氧化锆一氧化铝、立方氮化硼、金刚石磨粒的砂带，砂带寿命得以进一步提高，使砂带磨削可用于干磨、高速、大吃刀深度的重磨削领域以及高精度精密零件的磨削加工领域。

总的来说，国外先进国家砂带磨削技术发展很快，应用也很广，从这种磨削新工艺应用中取得了大量的经验，获得了很好的效益，同时，研究者仍然没有放松对砂带磨削机理及提高磨削质量的研究。

为了解决高效砂带磨削的平面精度问题，日本研究者在试验的基础上，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。

经验证，该模型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度的影响提供了科学依据。

砂带磨削技术与特种加工方法和现代化技术紧密结合，如自适应控制，微机应用与引入，NC控制及误差补偿，PC控制器等。

一是电解砂带磨削技术和电镀砂带磨削的发展，二是出现了许多新型砂带磨床。

如在数控砂带磨床方面，原苏联一直在致力于这方面的研究；原西德FBSA系列大平面砂带磨床已采用数显装置，Metabo公司研制了6轴5联动数控砂带磨床。

在多磨头、多功位砂带磨床方面，瑞典ASEA和原西德Metabo公司成功地把关节式机器人用于砂带抛光机上；在美国已将机器人运用于砂带磨床上，而且已生产出应用于FMS生产线上的砂带磨床。

五、我国砂带磨削的应用情况随着国外砂带磨削的不断进步，国内砂带磨削技术的研究和应用已越来越引起我国机械行业的关注。

目前，国内已具有一定数量的砂带磨削设备制15维普资讯http:

/精密制造与自动化造厂和研究砂带磨削的单位，在砂带制造中采用了一系列新工艺使砂带制造质量得以提高，如采用静电植砂工艺使得所生产的砂带磨粒排列均匀，磨粒尖端朝外，从而具有表面锋利、磨削性能高的优点，同时能较好的控制植砂密度；8一射线穿透测量胶层和砂层的厚度，测量精度高，反应快，不损坏砂带，可在线连续测量，保证了产品质量；在选用粘结温度高、耐热性能好的人造树脂为粘结剂的同时，又采用机械柔曲的方法，从而既保证了砂带表面强度高，磨削锋利，又使其性能柔软；采用增湿工艺恢复涂附磨具产品的固化过程中所损失的“强度”和柔曲性。

选用不同聚脂薄膜，更加易于保证接头强度，接头处的柔韧性与整条砂带的柔韧性更加趋于一致，将使磨削中由于接头区增厚、变硬引起的加工面留下接合痕迹现象大为降低，可进一步提高砂带磨削的加工精度和表面质量。

砂带异形涂附磨具就是用砂带作为原料进行再制造，充分利用砂带本身的柔曲性、可加工性，将成卷砂带经落料、仲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，用粘结剂将页片和基体粘成一体，形成各种各样的涂附磨具，以适应各种零件复杂形面的加工，按这种方法制成的异型涂附磨具，比直接利用砂带本身进行磨削加工更具柔曲性，针对性强，特别是对复杂形面等的难加工零件有其独特的优越性。

同时，其明显的优点还在于异型涂附磨具进行磨削可利用现有的设备进行改造，甚至不需要任何改装即可完成对工件的磨削加工，这样的异型涂附磨具有页轮（砂带页片按圆周排列），十字形砂片（砂带页片按十字排列）、米字形砂片（砂带页片按米字形排列）、页片式砂带磨盘（砂带页片在平面上沿圆周码放形成肩形排列）等。

高性能砂带磨削技术以其独特的工艺性、广泛的用途、较强的适应性能得到了广泛地推广的。

我国在涂附磨具的制造及砂带磨削工艺与设备的研究方面取得了一定成绩，但总的来说，尚处于初级阶l6段。

与国际先进水平相比，仍有较大差距，这主要表现在：

（1）国外在砂带组成材料及制造工艺上取得了很大成就，已有了适应不同场合的砂带系列，而国内砂带品种尚少，质量也有待提高；

（2）国外已生产出各种通用或专用的砂带磨床，其自动化程度不断提高，已有全自动和自适应控制的砂带磨床，而国内虽也有几家厂家生产砂带磨床，但其自动化程度均较低，大部分厂家对砂带磨削的应用尚处于对现有机床进行改装的阶段；（3）国内虽然形成了一支研究砂带磨削的队伍，但就目前而言对砂带磨削机理的研究尚不深入，影响到这种新工艺的应用与推广。

六、结论综观砂带磨削技术在国内外的发展和应用状况，我国的研究和应用与国外先进水平相比还存着很大差距。

找出差距的目的在于奋起直追，缩小差距。

我们应加强砂带磨削机理的研究，为进一步推广应用砂带磨削新工艺做好充分的理论准备；应加强开发新型的涂附磨具品种并进一步提高砂带寿命；开发自动化程度高的砂带磨床，进一步提高生产率和加工质量；大力扶持对砂带磨削的研究与开发，培养一支科研队伍，推广研究成果，促进科研成果转化为生产力，使砂带磨削新工艺在工厂能得以应用，使科研与生产相结合，以科研促进生产，以生产保证科研的进一步深入，走向良性循环轨道。

砂带磨削作为一种高效抛磨新工艺，具有广泛的应用前景。

随着砂带品种的增加，砂带制造质量及寿命的进一步提高，砂带磨床种类的增多及自动化程度的提高，砂带磨削势必会在我国得到广泛的应用。

参考文献1黄云砂带磨削原理及其应用重庆：

重庆大学出版社，19932【美】法拉特FT美国磨削技术李长林泽北京：

机械工业出版社，1991维普资讯http:

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