楊苗苗

【摘 要】砂帶磨削，作為在先進(jìn)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(jì)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(jī)理、特點(diǎn)。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?fàn)顩r

由于葉片多采用不銹鋼、鈦合金等難加工材料進(jìn)行制造，對于葉片的拋磨，砂帶磨削技術(shù)以其自身的特點(diǎn)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(jī)理與特點(diǎn)進(jìn)行了解。

一、砂帶磨削技術(shù)

（一）砂帶磨削機(jī)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(yùn)動的砂帶對工件表面進(jìn)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(gè)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(shí)，磨粒在一定壓力作用下作切削運(yùn)動，與工件表面相互作用，實(shí)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(shí)干涉程度的不同，可以分為3個(gè)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(yùn)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(jìn)行耕犁，還有一些進(jìn)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(shí)間所起的作用也不盡相同。對于磨削的機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)，可見砂帶磨削機(jī)理較為復(fù)雜。

（二）砂帶磨削的特點(diǎn)

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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dá)96%，國外生產(chǎn)的強(qiáng)力砂帶磨床，金屬切除率已達(dá)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(dāng)，尺寸精度可達(dá)O.1 Um，ga值可達(dá)O.01 Um，即達(dá)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(dá)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?fàn)顩r

自20世紀(jì)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(dá)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(jī)，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(jī)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?fàn)顩r

國內(nèi)的砂帶磨削技術(shù)是在20世紀(jì)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(dá)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(qiáng)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(jìn)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(jī)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。

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