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首先我們來看看砂帶磨削的特點:由于靜電植砂的砂帶可以保證磨粒在砂帶上的排列均勻,銳端向外,加工時大量磨粒能同時發(fā)生切削作用;較長的砂帶周長使磨料得到良好的冷卻;柔性的砂帶容易適應不同形狀的工作,因而,砂帶磨削優(yōu)點顯著,主要表現在以下幾個方面:
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1 磨削效率高:
砂帶磨削效率高表現在它的切除率、磨削比(切除工件重量與磨料磨損重量之比)和機床功率利用率三個方面都較高。目前已知的砂帶磨削對鋼材的切除率已達到700mm3/mm·s,甚至超過了車削或銑削等。砂帶的磨削比大大超過了砂輪,高達300:1,甚至400∶1,而砂輪才30∶1。砂帶磨床的功率利用率,遠在砂帶磨削發(fā)展初期就已達到80%,領先于其它機床,而今則高達96%,相比之下,砂輪磨床只有52%,銑床57%,車床65%,所以砂帶磨削還是一種很好的節(jié)能加工技術。
2 工藝靈活性大、適應性強:
砂帶磨削可以十分方便地用于平面、內、外圓和復雜曲面的磨削。設計一臺砂帶磨頭裝置作為功能部件可以裝在車床上進行車后磨削,也可以裝在刨床上使用,同時還可以設計成各種專用的磨床。砂帶的粒度、長度和寬度也有各種規(guī)格,并有卷狀、環(huán)狀等多種形式可供選用。
3 適用范圍廣:
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砂帶磨削的加工范圍幾乎覆蓋所有工程材料及各種復雜形狀的表面,如今,砂帶磨削已成功地運用于難磨削材料的磨削加工,金屬材料如各種耐熱鋼、鈦合金、淬火鋼、不銹鋼、各種難加工鑄鐵和有色金屬;非金屬材料如陶瓷、大理石、玻璃等;特殊材料如單晶硅體、藍寶石、紅寶石等;復雜型面如葉片、擺線齒輪等。
4 磨削質量好:
經砂帶磨削的工件表面的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度與經同類型砂輪磨削的相當,而表面層冷硬程度和殘余應力等質量指標則明顯改善,如用砂帶磨削外圓時,精磨后尺寸精度可達±0.003~±O.O05mm,表面粗糙度RaO.2~0.63μm;用砂帶磨削與特種加工相結合的復合工藝又可進一步提高加工精度和表面質量,如砂帶磨削與超聲振動相結合拋磨磁盤涂層表面時,粗糙度可達0.O1μm;砂帶磨削其表面冷硬程度與殘余應力僅為砂輪磨削的1/10。
一、靜電植砂簡介
靜電植砂這個新的工藝方法,從誕生到今天大約有半個世紀,由於它對提高涂附磨具磨削效能特別是砂帶磨削有著特殊作用,國外從上世紀五六十年代起就被許多大型涂附磨具企業(yè)廣泛應用。在國內從上世紀七十年代開始,少數企業(yè)曾采用靜電植砂用於耐水砂紙的生產,但由於在當時在使用直流高壓上碰到了一系列工藝上難點,使用了短短一段時間後,由於技術和工藝方面沒有得到徹底解決,也就偃旗息鼓了。個別企業(yè)使用靜電——重力植砂混合法,勉強保留了靜電植砂這個新工藝。直到上世紀八十年代在國家改革開放和政府的引導下,引進了國外的先進的成套涂附磨具設備,在國外新技術特別是砂帶制造技術的引領下,國內靜電植砂工藝得到了蓬勃而健康的發(fā)展。如白鴿、淄博理研都在生產靜電植砂耐水砂帶。
目前國外有很多廠家都在生產靜電植砂產品。主要有3M、赫美斯、萬特、Mipox、Kovax、Fujistar、日研、鹿牌等。猶以3M產品最為豐富、市場覆蓋率最廣。
靜電植砂是借助於高壓靜電場力,將微細的磨粒植於高強度薄膜上,令磨粒可以定向均勻分布,能提供更高的磨削效率與光亮細致的磨光效果。目前磨粒主要包括氧化鋁、碳化矽、金剛石等。
靜電植砂的優(yōu)點在於磨料顆粒定向排列,產品表面銳利,與常規(guī)涂覆產品相比,能夠提供更大的切削力。
靜電植砂砂帶可用於拋光各種金屬輥、膠輥等;另外就是用於市場潛力巨大的汽車制造業(yè),其中有兩大部分:一是車身加工,另一是曲軸、凸輪軸、萬向軸的最後拋光。
二、砂帶磨削簡介
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砂帶磨削是利用砂帶,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。砂帶表面的磨粒從微觀來看,就象一種刀尖為圓弧,刃角為鈍角或鈍圓的切削刀具。其圓弧半徑由幾微米到幾十微米,大小與磨粒的材質和粒度有關。由於磨粒的這種幾何特性,在磨削時,切削深度小(切屑厚度薄),一般在0.005~0.05mm左右。所以絕大多數磨粒切削刃是在大負前角條件下對工件進行切削。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(qū)分為三個不同的過程。
?。?)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。
?。?)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。
?。?)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。
加工材料不同,磨粒切削過程三個個階段在整個磨削過程中所占比例也不一樣。
磨損的磨粒 砂帶磨削的表面形成原理
磨削過程是磨粒切削刃切削金屬的過程,它同機床刀具切削一樣,被磨削金屬也經歷了彈性變形、塑性變形、切削形成等過程,并有大量的磨削力和磨削熱產生。磨削過程中由於磨粒形狀及分布狀態(tài)不 一,砂帶表面的磨粒存在實際參加磨削的有效磨粒少於其磨??倲档那闆r。因而同一時間內磨粒對金屬的滑擦、耕犁和切削作用的大小不同,所得到的效果亦不同。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。可見砂帶的磨削是十分復雜的。特別是磨粒切刃的負前角切削過程,切削條件很差,各階段的劇烈擠壓使磨削表面產生嚴重的塑性變形,而且大量塑性變形的金屬不是成為切屑流出,而是仍保留在已加工表面,所以加工表面的硬化現象嚴重,殘余應力較大。由於磨粒的高速運動,加之磨粒切刃較鈍,在磨削區(qū)造成較大的摩擦和彈性、塑性變形,磨削過程中會有較大的熱量產生,導致磨削區(qū)工件表面溫度上升,將引起工件表面層發(fā)生變化。特別是在砂帶磨粒磨損嚴重時,磨削摩擦加劇,產生大量的磨削熱,使工件表層溫度急劇上升,導致表層金屬發(fā)生組織變化(如燒傷、裂紋、熱應力等)。這也正是為什麼使用砂帶磨削有時仍會燒傷工件表面的一個原因。