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國內外砂帶磨削技術的發展及應用

時間:2019-12-24  來源:天昊磨料

自20世紀60年代以來,歐、美、日等工業發達國家在砂帶磨床技術及砂帶制造技術方面有了新的突破,取得了巨大的成就,已進入向現代化發展的新階段。從日用湯勺到宇航器件,各行各業無不競相采用砂帶磨削技術,新型機大量涌現,砂帶磨床朝著小型化、強力、高效、大功率寬砂帶磨床方向發展,如美國生產的砂帶磨床最大寬度達5.0m,最大功率達200kW。砂帶磨削技術在國外已得到了廣泛應用,磨床擁有量不斷增加,據資料顯示:砂帶磨床與砂輪磨床產值比,美國為49∶51,德國為45∶55,日本為25∶75,英國、瑞士等國發展也很快。用涂附磨具進行磨削加工,已成為這些發達國家獲得高額經濟效益的重要手段,砂帶磨削的功能已遠超出了除銹、粗磨、拋光等范圍,并與特種加工方法和現代化技術緊密結合。國際知名的砂帶品牌有美國3M、Norton,德國Hermes、VSM,韓國DEER和日本牛頭等,著名的砂帶磨床制造廠商有美國Cincinnati、EmersonElectric、Sundstand,德國Loser,瑞士ASEA等。砂帶是砂帶磨削技術發展的關鍵和重要標志,是衡量一個國家砂帶磨削技術發展水平高低的標準。世界上工業發達國家非常重視砂帶開發和制造,其生產規模不斷擴大,各類國外砂帶品牌在我國的銷售量也在逐年增加。


國外砂帶的發展及應用

近年來,國外砂帶結構和材料不斷發展和完善。砂帶結構方面:出現了堆積磨料砂帶(金字塔型砂帶)、多層磨粒砂帶、超涂層砂帶、、空心球型砂帶、高彈性砂帶、防跑偏砂帶、不等厚砂帶、粒度復合砂帶等。砂帶組成材料及制造工藝等方面:在磨料方面,傳統上采用氧化鋁和碳化硅,強力砂帶主要采用鋯剛玉,美國3M公司研制了一種Cubicut砂帶,磨粒采用鋯鋁氧化物合成,這是目前砂帶磨料中最硬的品種,德國開發并獲多國專利的空心球復合磨粒,其砂帶的切削效率高、使用壽命長、成本低;在基體材料方面,日本正研制一種由軟鋼帶作基底的CBN或金剛石砂帶,對于特殊場合和高硬度材料的加工很有效,美國3M公司研制出一種塑料薄膜基底,制出的砂帶強度高、韌性好,可以加工出粗糙度Ra為0.05μm以下的工件表面。


(1)堆積磨料砂帶

堆積磨料砂帶從外觀看是由一系列粗大的磨粒構成的,實際上每個大磨粒都包含了許多微細的氧化鋁和碳化硅顆粒。如2004年美國3M公司研制的金字塔堆積磨料砂帶TrizactTM953FA和法國SaintGobain(原美國Norton)的NORaX金字塔砂帶(圖1-1),前者由外形規則整齊排列的四棱錐磨粒組成,磨料除常規的氧化鋁和碳化硅以外,還有陶瓷剛玉磨料;后者由外觀相對粗糙,近似球狀的磨粒團構成。但就本質而言,它們的內部結構是相似的,即每個大磨粒都由大量比錐形磨?;蚰チF更小的磨粒粘接而成。表層磨粒切除一定量的材料后會鈍化,磨鈍的小磨粒會從錐形磨?;蚰チF上破碎脫落,位于里層的新磨粒就會露出來參與磨削,因此,新型堆積磨料砂帶由于在磨削過程中不斷有鋒利的切削刃產生,所以具有較長的壽命和對材料均勻一致的切除率。圖1-2是相同粒度堆積磨料砂帶和普通砂帶切除率與磨削時間的關系曲線。從圖中不難看出,普通砂帶磨削前期材料切除率雖然比堆積磨料砂帶略高,但隨磨削時間的增加快速下降;相反,堆積磨料砂帶材料切除率下降速度比普通磨料砂帶要慢,而且隨磨削時間的遞增逐漸減小并趨于零,壽命約為普通砂帶的4倍以上。

堆積磨料砂帶在美國和德國推廣很快,如2004年美國的HeilAcme公司改用3M公司TrizactTM953FA砂帶實現了高精度電機轉子的高效精密磨削,加工表面粗糙度值可達Ra0.015μm,平均單件磨削成本降低近50%。德國著名渦輪葉片砂帶磨床制造企業MetaboPolisys公司也將VSM公司KK712X砂帶用于葉片型面的精密磨削,加工后的葉片具有一致的表面。


(2)多層磨粒砂帶

多層磨粒結構可以有效地提高砂帶使用壽命。法國SaintGobain磨料磨具公司的細粒度多層磨粒砂帶也是精細砂帶一大特色產品,圖1-4(a)、(b)分別是NORaX砂帶的微觀結構和斷面示意圖。由圖1-4(a)可見,砂帶表層呈起伏狀,在一定程度上提高了多層砂帶的柔曲性能。多層磨粒砂帶具有一定的磨粒層(圖1-4(b)),當上層磨粒鈍化破裂脫落后,就會露出新的切削層,所以多層磨粒砂帶具有較長的使用壽命和一定的自銳性。但磨粒層數有限,因為層數過多會導致砂帶僵硬,從而無法有效地進行磨削。


(3)空心球磨料砂帶

空心球磨料被公認為世界上最有效的磨料,不僅可用于工件的研磨和拋光,而且其重負荷磨削效果顯著。如德國Hermes公司HermesitSystem空心球磨料砂帶(圖1-4)是通過粘結劑將許多表層粘有細小磨粒的空心球殼固定在基體上形成的一種復合磨粒砂帶,球殼薄而脆,由熱塑性樹脂或玻璃等脆硬材料制成。其中單個球殼上的磨粒數量高達200多個,磨料種類通常是鋯剛玉或陶瓷剛玉。類似于堆積磨料砂帶,磨鈍后高度相對較低的新磨粒將突出來參與切削,所以具有很長的使用壽命。砂帶使用一段時間后,磨粒開始破碎、開孔,但仍然具有很高的機械強度和長時間保持持續。

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