數(shù)控砂帶磨削加工技術(shù)發(fā)展概況研究

楊苗苗

【摘 要】砂帶磨削，作為在先進制造領(lǐng)域內(nèi)的有著“萬能磨削"與“冷態(tài)磨削"之稱得新型工藝，幾乎可以用于加工所有的工程材料。自上世紀60年代以來，特別是隨著靜電植砂以及涂附磨具技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，砂帶磨削已成為與砂輪磨削同等重要的加工方法，并體現(xiàn)出不可或缺的地位。本文通過介紹砂帶拋磨機理、特點。討論分析砂帶磨削技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】砂帶磨削；發(fā)展狀況

由于葉片多采用不銹鋼、鈦合金等難加工材料進行制造，對于葉片的拋磨，砂帶磨削技術(shù)以其自身的特點和優(yōu)勢成為了首選的加工方式。研制開發(fā)數(shù)控砂帶拋磨系統(tǒng)，首先應(yīng)該對砂帶磨削技術(shù)的機理與特點進行了解。

一、砂帶磨削技術(shù)

（一）砂帶磨削機理

砂帶磨削是根據(jù)工件形狀，以相應(yīng)的接觸方式，利用高速運動的砂帶對工件表面進行磨削、研磨和拋光的一種新型高效磨拋工藝。

砂帶，是磨具三大系列——涂附磨具、固結(jié)磨具、超硬磨具中的一個重要組成部分，是砂帶磨削的主體。它是一種特殊的、可視為多刀多刃的切削工具，主要由基體、結(jié)合劑和磨粒3部分組成。砂帶磨削時，磨粒在一定壓力作用下作切削運動，與工件表面相互作用，實現(xiàn)對工件表面磨削和拋光。根據(jù)磨粒與工件表面接觸時干涉程度的不同，可以分為3個階段，即滑擦、耕犁和切削。

滑擦：磨粒與工件表面相互接觸干涉少，工件表面發(fā)生彈塑性變形，磨粒只摩擦工件表面，不切除材料；

耕犁：隨著磨削用量的增加，磨粒與工件表面干涉增大，材料表面發(fā)生塑性流動產(chǎn)生擠壓式運動，從磨粒的下方和兩側(cè)擠出，磨粒在工件表面犁出“刻線”，切除少量材料；

切削：在一定壓力作用和溫度條件下，磨粒與工件表面間產(chǎn)生足夠的干涉，開始真正地“切削”，材料在磨粒的前方產(chǎn)生斷裂，形成切屑，有較大的材料去除率。

在磨削加工過程中，不同磨粒的作用可能不同，即一部分磨粒起滑擦作用，一部分進行耕犁，還有一些進行切削，即使同一顆磨粒的不同部位以及同一部位在不同加工時間所起的作用也不盡相同。對于磨削的機理、切屑的形成、磨削力、磨削溫度、磨削熱等問題的解釋涉及到物理學(xué)、數(shù)學(xué)、彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、摩擦學(xué)、計算機科學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)，可見砂帶磨削機理較為復(fù)雜。

（二）砂帶磨削的特點

1.“冷態(tài)”磨削：由于砂帶有較長的周長，散熱快，使磨粒得到很好的冷卻，不易產(chǎn)生工件表面燒傷現(xiàn)象，工件表面通常無微裂紋出現(xiàn)或金相組織的改變。

2.“彈性"磨削：由于砂帶自身有很好的撓性和柔性，與工件是柔性接觸，具有很好的磨合和拋光作用。

3.“高效"磨削：砂帶磨削生產(chǎn)效率高，在材料去除率方面，砂帶磨床遠遠超過了砂輪磨床，約為普通砂輪磨削的5～20倍，銑削的10倍；功率利用率達96%，國外生產(chǎn)的強力砂帶磨床，金屬切除率已達737.5cm3/min。

4.磨削質(zhì)量好：經(jīng)砂帶磨削后的工件表面尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度與同類砂輪磨削相當，尺寸精度可達O.1 Um，ga值可達O.01 Um，即達到鏡面效果，磨削后的工件表面殘余應(yīng)力及冷硬程度僅為砂輪磨削的1/10。

5.適用范圍廣：砂帶磨削幾乎可以加工所有的工程材料，如有色金屬、非金屬材料、難加工材料等，均有良好的磨削加工性能。

6.生產(chǎn)成本低、經(jīng)濟效益好：砂帶磨床結(jié)構(gòu)簡單，制造成本比砂輪磨床的低；新砂帶調(diào)整容易，可以一次定位，多次更換帶；有實驗證明，砂帶磨削的磨削比（切除材料的重量與磨粒消耗重量之比）可達300：1，--400：1，而砂輪僅為30：1。

二、國外砂帶磨削技術(shù)的發(fā)展狀況

自20世紀60年代以來，特別是靜電植砂及涂附磨具技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展，歐、美、日等工業(yè)發(fā)達國家在砂帶制造技術(shù)和砂帶磨床技術(shù)上都取得了巨大的成就。在砂帶制造技術(shù)方面，隨著許多特殊的涂附磨料及涂附形式的出現(xiàn)，產(chǎn)生了如金剛石、CBN、鋯剛玉、陶瓷磨料、復(fù)合磨料、堆積磨料等各類砂帶，使得砂帶已經(jīng)能用于干磨、高速和大吃刀量等重磨削領(lǐng)域及高精密零件的磨削加工領(lǐng)域。日本已經(jīng)開發(fā)出用軟鋼帶作為基底的金剛石砂帶，可有效加工一些特殊難加工的高硬度材料，如磨削超導(dǎo)用的單晶硅片。在國際上知名的砂帶品牌有美國3M、Norton，德國Hermes、VSM、Klingspor，韓國DEER和日本牛頭等。在砂帶磨床制造方面，有大至磨削寬度5m以上的巨型平面磨床，小至牙醫(yī)用的修齒機，砂帶磨床的結(jié)構(gòu)形式各異。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，像六軸五聯(lián)動數(shù)控砂帶磨床、機器人砂帶磨削中心、砂帶磨削FMS都已經(jīng)得到應(yīng)用。在國際上著名的砂帶磨床制造廠商有美國Cincinnati、Sundstrand、Emerson Electric、德國Loser和瑞士ASEA等等。

三、國內(nèi)砂帶磨削技術(shù)發(fā)展狀況

國內(nèi)的砂帶磨削技術(shù)是在20世紀70年代末才得以真正發(fā)展，隨著國內(nèi)的改革開放，砂帶磨削技術(shù)日益引起了各行業(yè)、研究單位和企業(yè)的重視，加之砂帶制造技術(shù)的提高及品種的增加，使得砂帶磨削設(shè)備的研究和生產(chǎn)也得到了較大的發(fā)展。目前國內(nèi)的砂帶制造廠家有鄭州白鴿等數(shù)十家企業(yè)；砂帶磨削設(shè)備生產(chǎn)廠家有重慶三磨海達磨床公司等十多家企業(yè)；研究單位有鄭州三磨所、華僑大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、湖南大學(xué)、東北大學(xué)和重慶大學(xué)等多家科研院所和高校。

四、砂帶磨削發(fā)展趨勢

砂帶磨削總的趨勢正朝著強力、高速、高效和精密方向發(fā)展。在磨床結(jié)構(gòu)方面，從單一磨頭向大型、組合（多磨頭，多功能，多工位）形式發(fā)展。在加工工藝方面，與特種加工相結(jié)合的復(fù)合加工方法是砂帶磨削很有前途的發(fā)展方向之一。如與超聲振動結(jié)合可形成超聲砂帶磨削；與電化學(xué)加工結(jié)合可形成電解砂帶磨削。另一方面自動化在砂帶磨削中的應(yīng)用，尤其是數(shù)控砂帶磨床及自適應(yīng)控制技術(shù)的應(yīng)用，使得砂帶磨削的加工效率和精度有了很大的提高。

砂帶本身在不斷的發(fā)展和完善中。在砂帶結(jié)構(gòu)方面，近年出現(xiàn)了堆積磨料砂帶、金字塔型砂帶、空心球型砂帶、復(fù)層砂帶、高彈性砂帶、防跑偏砂帶、不等厚砂帶、粒度復(fù)合砂帶等等。砂帶在我國從國產(chǎn)到從磨料、半成品、成品的進口，再到與國外砂帶企業(yè)的合資等多種形式，這些都極大地豐富了我國的砂帶品種，為國內(nèi)用戶提供了更大的選擇空間。

綜觀幾年來國內(nèi)外各類機床及工具展覽會的情況，結(jié)合砂帶磨削在國內(nèi)外各行業(yè)的應(yīng)用狀況，可以看出砂帶磨削技術(shù)在制造業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，更有著廣泛的應(yīng)用及發(fā)展前景。

參考文獻：

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