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国内外砂带磨削技术的发展及应用

时间:2019-12-24  来源:天昊磨料

自20世纪60年代以来,欧、美、日等工业发达国家在砂带磨床技术及砂带制造技术方面有了新的突破,取得了巨大的成就,已进入向现代化发展的新阶段。从日用汤勺到宇航器件,各行各业无不竞相采用砂带磨削技术,新型机大量涌现,砂带磨床朝着小型化、强力、高效、大功率宽砂带磨床方向发展,如美国生产的砂带磨床最大宽度达5.0m,最大功率达200kW。砂带磨削技术在国外已得到了广泛应用,磨床拥有量不断增加,据资料显示:砂带磨床与砂轮磨床产值比,美国为49∶51,德国为45∶55,日本为25∶75,英国、瑞士等国发展也很快。用涂附磨具进行磨削加工,已成为这些发达国家获得高额经济效益的重要手段,砂带磨削的功能已远超出了除锈、粗磨、抛光等范围,并与特种加工方法和现代化技术紧密结合。国际知名的砂带品牌有美国3M、Norton,德国Hermes、VSM,韩国DEER和日本牛头等,著名的砂带磨床制造厂商有美国Cincinnati、EmersonElectric、Sundstand,德国Loser,瑞士ASEA等。砂带是砂带磨削技术发展的关键和重要标志,是衡量一个国家砂带磨削技术发展水平高低的标准。世界上工业发达国家非常重视砂带开发和制造,其生产规模不断扩大,各类国外砂带品牌在我国的销售量也在逐年增加。


国外砂带的发展及应用

近年来,国外砂带结构和材料不断发展和完善。砂带结构方面:出现了堆积磨料砂带(金字塔型砂带)、多层磨粒砂带、超涂层砂带、、空心球型砂带、高弹性砂带、防跑偏砂带、不等厚砂带、粒度复合砂带等。砂带组成材料及制造工艺等方面:在磨料方面,传统上采用氧化铝和碳化硅,强力砂带主要采用锆刚玉,美国3M公司研制了一种Cubicut砂带,磨粒采用锆铝氧化物合成,这是目前砂带磨料中最硬的品种,德国开发并获多国专利的空心球复合磨粒,其砂带的切削效率高、使用寿命长、成本低;在基体材料方面,日本正研制一种由软钢带作基底的CBN或金刚石砂带,对于特殊场合和高硬度材料的加工很有效,美国3M公司研制出一种塑料薄膜基底,制出的砂带强度高、韧性好,可以加工出粗糙度Ra为0.05μm以下的工件表面。


(1)堆积磨料砂带

堆积磨料砂带从外观看是由一系列粗大的磨粒构成的,实际上每个大磨粒都包含了许多微细的氧化铝和碳化硅颗粒。如2004年美国3M公司研制的金字塔堆积磨料砂带TrizactTM953FA和法国SaintGobain(原美国Norton)的NORaX金字塔砂带(图1-1),前者由外形规则整齐排列的四棱锥磨粒组成,磨料除常规的氧化铝和碳化硅以外,还有陶瓷刚玉磨料;后者由外观相对粗糙,近似球状的磨粒团构成。但就本质而言,它们的内部结构是相似的,即每个大磨粒都由大量比锥形磨粒或磨粒团更小的磨粒粘接而成。表层磨粒切除一定量的材料后会钝化,磨钝的小磨粒会从锥形磨粒或磨粒团上破碎脱落,位于里层的新磨粒就会露出来参与磨削,因此,新型堆积磨料砂带由于在磨削过程中不断有锋利的切削刃产生,所以具有较长的寿命和对材料均匀一致的切除率。图1-2是相同粒度堆积磨料砂带和普通砂带切除率与磨削时间的关系曲线。从图中不难看出,普通砂带磨削前期材料切除率虽然比堆积磨料砂带略高,但随磨削时间的增加快速下降;相反,堆积磨料砂带材料切除率下降速度比普通磨料砂带要慢,而且随磨削时间的递增逐渐减小并趋于零,寿命约为普通砂带的4倍以上。

堆积磨料砂带在美国和德国推广很快,如2004年美国的HeilAcme公司改用3M公司TrizactTM953FA砂带实现了高精度电机转子的高效精密磨削,加工表面粗糙度值可达Ra0.015μm,平均单件磨削成本降低近50%。德国著名涡轮叶片砂带磨床制造企业MetaboPolisys公司也将VSM公司KK712X砂带用于叶片型面的精密磨削,加工后的叶片具有一致的表面。


(2)多层磨粒砂带

多层磨粒结构可以有效地提高砂带使用寿命。法国SaintGobain磨料磨具公司的细粒度多层磨粒砂带也是精细砂带一大特色产品,图1-4(a)、(b)分别是NORaX砂带的微观结构和断面示意图。由图1-4(a)可见,砂带表层呈起伏状,在一定程度上提高了多层砂带的柔曲性能。多层磨粒砂带具有一定的磨粒层(图1-4(b)),当上层磨粒钝化破裂脱落后,就会露出新的切削层,所以多层磨粒砂带具有较长的使用寿命和一定的自锐性。但磨粒层数有限,因为层数过多会导致砂带僵硬,从而无法有效地进行磨削。


(3)空心球磨料砂带

空心球磨料被公认为世界上最有效的磨料,不仅可用于工件的研磨和抛光,而且其重负荷磨削效果显著。如德国Hermes公司HermesitSystem空心球磨料砂带(图1-4)是通过粘结剂将许多表层粘有细小磨粒的空心球壳固定在基体上形成的一种复合磨粒砂带,球壳薄而脆,由热塑性树脂或玻璃等脆硬材料制成。其中单个球壳上的磨粒数量高达200多个,磨料种类通常是锆刚玉或陶瓷刚玉。类似于堆积磨料砂带,磨钝后高度相对较低的新磨粒将突出来参与切削,所以具有很长的使用寿命。砂带使用一段时间后,磨粒开始破碎、开孔,但仍然具有很高的机械强度和长时间保持持续。

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