孫千里，沈鑫剛，范進(jìn)楨，包開華，耿金良

（1.寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院 海天學(xué)院，浙江 寧波 315800；2.寧波普利特精密機(jī)械有限公司，浙江 寧波 315800）

0 引 言

通常認(rèn)為，砂帶磨削是在一定裝置上，利用高速旋轉(zhuǎn)的砂帶切除工件表面余量和進(jìn)行磨削拋光的一種加工工藝［1］。與砂輪磨削相比，砂帶磨削有自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，例如：利用砂帶的撓性和卷曲變形，實(shí)現(xiàn)了橢圓孔的倒角加工［2］；針對(duì)不銹鋼鏟形狀不規(guī)則，應(yīng)用砂帶磨削，變手工操作為自動(dòng)化作業(yè)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性［3］。另外，精密砂帶振動(dòng)磨削和研拋技術(shù)是解決制造技術(shù)中工藝難題的重要手段之一［4］。

《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》為磨削各種材料推薦了不同的砂帶速度［5］，例如：鋁的砂帶磨削速度為22 m/s～28 m/s，黃銅/青銅的砂帶磨削速度為25 m/s～30 m/s，碳鋼的砂帶磨削速度為20 m/s～25 m/s等。學(xué)者李代建［6］為砂帶精磨工藝推薦的砂帶線速度是28 m/s；羅剛、劉瑞杰、華崇略等人［7-9］的研究也采用了相近的砂帶速度。

可查文獻(xiàn)中僅見廖萍等人［10］設(shè)計(jì)的砂帶拋光設(shè)備選用約2 m/s的磨削線速度。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，常采用較低的砂帶磨削速度（或較低的砂帶與工件的相對(duì)線速度），通常為2 m/s～5 m/s左右。

本研究通過(guò)工程試驗(yàn)及實(shí)際加工，驗(yàn)證砂帶低速拋磨的可行性。

1 砂帶磨削正交試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)條件

砂帶磨削是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，影響零件拋光質(zhì)量的因素很多，本研究主要從砂帶粒度、磨削速度、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量、工件材料四方面進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以確定各個(gè)參數(shù)對(duì)零件拋光質(zhì)量的影響。本研究的試驗(yàn)條件如表1所示。

表1 砂帶磨削的試驗(yàn)條件

試驗(yàn)在生產(chǎn)用砂帶磨頭上進(jìn)行。為滿足試驗(yàn)條件的需要，將砂帶磨頭進(jìn)行了一定改造：首先，加裝變頻器，以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)所需要的三級(jí)轉(zhuǎn)速（由于砂帶磨頭采用三相異步電機(jī)，僅1 440 r/min一級(jí)額定轉(zhuǎn)速）；其次，為了使砂帶線速度最大達(dá)到20 m/s，將主動(dòng)輪直徑從原來(lái)的Φ65 mm增大到Φ280 mm。試驗(yàn)裝置及現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

基于上述分析，可確定正交試驗(yàn)的因素水平，如表2所示。

選用L9（34）正交表，試驗(yàn)方案及結(jié)果如表3所示。

圖1 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

表2 正交試驗(yàn)因素水平

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

1.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

表3中某因素所在列的極差，反映了該因素水平波動(dòng)時(shí)粗糙度值的變動(dòng)幅度。極差越大，說(shuō)明該因素對(duì)粗糙度值的影響越大，根據(jù)極差大小，可以判斷各因素對(duì)工件磨削表面粗糙度影響的主次順序。從表3中數(shù)據(jù)可知，砂帶粒度、磨削速度、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量、工件材料四因素對(duì)應(yīng)的極差分別為2.593、0.693、0.478、0.958，且2.593＞0.958＞0.693＞0.478，因此該試驗(yàn)選擇的4個(gè)工藝參數(shù)中，對(duì)表面粗糙度影響最大的是砂帶粒度，其影響遠(yuǎn)大于其他三因素，其次是工件材料，影響最小的是每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。所以，當(dāng)工件材料已知的情況下，用砂帶進(jìn)行拋光，保證表面粗糙度要求的關(guān)鍵在于選擇合適的砂帶粒度。這意味著，只要砂帶的粒度選擇合理，選用較低的砂帶磨削速度是可行的。

2 砂帶低速拋光工程實(shí)例

型芯零件圖如圖2所示。金龍魚5 L油胚12腔注胚模具的型芯，材料為3Cr13，經(jīng)真空淬火后，硬度為HRC45-48，型芯成型工作表面的粗糙度要求Ra0.4。

圖2 型芯零件圖

2.1 工藝分析及機(jī)加工工藝過(guò)程

該零件由圓柱、圓錐、圓弧、內(nèi)孔等表面組成，尺寸精度不超過(guò)IT6級(jí)，通過(guò)精車就可以達(dá)到要求，成型面也不復(fù)雜，可以在數(shù)控車床上完成加工，但成型面的表面粗糙度要求非常高，必須經(jīng)過(guò)拋光才能達(dá)到。工藝過(guò)程如表4所示。

2.2 成型面拋光

成型面拋光工序是型芯機(jī)械加工工藝過(guò)程中的難點(diǎn)。

在沒(méi)有專用拋光設(shè)備的情況下，在普通車床上拋光，主軸轉(zhuǎn)速為1 300 r/min～2 000 r/min，所拋外圓直徑不超過(guò)Φ40，則砂帶拋光時(shí)與工件的相對(duì)速度不超過(guò)4.2 m/s，屬于低速拋光。

此時(shí)，比較方便的方法是手持砂帶拋光。生產(chǎn)中常將砂帶用手持式電磨夾持進(jìn)行拋光。具體做法如圖3所示：將砂紙裁成4 cm～5 cm寬的砂帶，砂面朝外，左端卡在手持式電磨輸出軸頭部的槽中，然后以順時(shí)針?lè)较蚓沓删?，啟?dòng)電磨，使砂帶卷正轉(zhuǎn)，與工件待拋光表面接觸，進(jìn)行拋光。當(dāng)砂帶卷的外層砂粒磨損到失去拋光功能時(shí)，撕去舊砂紙，露出新鮮砂紙，繼續(xù)拋光。

為了達(dá)到理想的拋光效果，整個(gè)拋光過(guò)程需更換從粗到細(xì)共4種不同粒度的砂紙，最后，將羊毛球裝在電磨上，輔以鉆石膏進(jìn)行上光，完成全部拋光工作。工序內(nèi)容如表5所示。

表4 型芯機(jī)械加工工藝過(guò)程

2.3 拋光效果

經(jīng)過(guò)5個(gè)工步的拋光，成型面達(dá)到了令人滿意的鏡面效果，完成拋光后的型芯成品如圖4所示。

圖3 手持式砂帶拋光示意圖

圖4 完成拋光后的型芯成品

表5 拋光工序內(nèi)容

3 結(jié)束語(yǔ)

砂帶磨削正交試驗(yàn)結(jié)果表明，砂帶粒度對(duì)零件拋磨后的表面粗糙度的影響遠(yuǎn)大于砂帶磨削速度的影響，是拋磨工藝中需要主要考慮的因素。因此，在生產(chǎn)條件不允許采用較高砂帶磨削速度的場(chǎng)合時(shí)，只要進(jìn)行合理地工序設(shè)計(jì)，選用合適的砂帶粒度，即使采用較低的砂帶速度拋光，同樣可以取得良好的拋光效果。筆者列舉的砂帶低速拋光案例證實(shí)了這一點(diǎn)。本研究旨在說(shuō)明砂帶低速拋磨的可行性。

另外，在正交試驗(yàn)中，還有很多因素沒(méi)有納入考察，如拋磨時(shí)的走刀次數(shù)、磨削壓力、采用順磨或逆磨對(duì)拋光效果的差異等，這些因素對(duì)拋磨的影響有待于下一步進(jìn)行研究。

（References）：

［1］ 柴 樺，黃 云，王亞杰，等.鎂合金表面粗糙度預(yù)測(cè)模型優(yōu)化的研究［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2012，31（6）：968-971.

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［3］ 余 巖.不銹鋼鏟的高效機(jī)械化砂帶磨削及拋光工藝研究［J］.機(jī)床與液壓，2011，39（20）：19-23.

［4］ 王先逵.精密復(fù)合加工技術(shù)［J］.現(xiàn)代制造工程，2012（2）：1-6.

［5］ 王先逵.機(jī)械加工工藝手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

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［9］ 華崇略，王貴成，劉菊東，等.磨削速度對(duì)工件磨削淬硬層表面殘余應(yīng)力分布的影響［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012（4）：177-179.

［10］廖 萍，周一丹.點(diǎn)陣式砂帶拋光工藝［J］.機(jī)械工藝師，1998（3）：10-11.