2014 - 09 - 精密超精密砂带磨削.ppt

1、精密超精密砂带磨削,砂带磨削的机理和特点,1.砂带的结构特点： 砂带是特殊形态的多刀、多刃的切削工具，其切削功能主要是由粘附在基底上的磨粒来完成。,砂带的结构如右图2所示： 它由基材、磨粒、粘接剂制成： 基材可以是布或纸； 粘接剂为胶或人造树脂； 磨粒可为刚玉、碳化硅或者玻璃砂等。 基材在运动的过程中采用高压静电植砂的办法粘结上磨粒，因此砂带上的磨粒几乎都是垂直于基底，锐端向外，定向排列，分布均匀，多刃也基本上是等高排列的。,砂带磨削的机理和特点,2.砂带磨削的切削原理： 砂带磨削是根据工件的形状与大小，以相应的方式，使高速运转的砂带与工件表面接触进行磨削或抛光的一种新工艺。 砂带磨削，弹性变

2、形区的面积较大，磨粒载荷减少且均匀，工件塑性变形和摩擦减小，力和热作用降低。,砂带磨削的机理和特点,砂带机一般由电机、砂带、接触轮、张紧轮、张紧弹簧与支架、吸尘器及其它辅助部件等组成： 接触轮通常多采用橡胶轮，具有弹性接触的性能，并能在磨削的过程中起一定的支持作用； 张紧轮装置起张紧砂带、更换砂带及调整砂带跑偏的作用。 以磨削工件外圆的砂带磨头为例，说明砂带磨削装置的一般结构(见下页)：,砂带磨削的机理和特点,外圆砂带磨头结构图：,砂带磨削的机理和特点,3.砂带磨削几种情形： 磨粒切削工件深度极小时，磨粒刀尖圆弧形成的负前角很大，工件弹性形变，只起擦滑作用； 磨粒挤入工件的切削深度增大时，磨粒

3、与工件表面间压力逐渐增加，工件塑性变形，起刻划作用； 当磨粒切削工件的深度增大到一定值后，被推挤的金属明显的滑移并形成切屑，真正意义上的磨削开始。,砂带磨削的机理和特点,4.砂带磨削与固结砂轮磨削对比,砂带磨削的机理和特点,除了在上页的表格列出的特点外，与传统的砂轮磨削相比，还有以下优点： 砂带磨削成本低：由于砂带的质量小，切削力小，抗振性好，故机床刚度与强度要求都低，砂带磨削设备简单； 砂带磨削操作简便，辅助时间短（砂带的更换，工件的装夹）； 砂带磨削安全性好（砂带质量轻即使断裂不伤人），环境效益好（无刚性冲击，噪音20db）；,砂带磨削的机理和特点,1.生产效率高 由于砂带上的磨粒具有定向

4、排列、分布均匀、磨粒间的容屑空间大等特点，每一颗磨粒就是一个刀刃，在磨削过程中都起切削作用。 而砂轮上的磨粒分布是随机的，排列不均匀，且高低不齐，故而切削性能远不如砂带。 而且关于大平面磨削的问题，砂带的宽度可以达到5m以上，相比砂轮磨削更有优越性。,砂带磨削特点,砂带磨削的效率一般约为砂轮的4倍左右，对于平面砂带磨削，它的效率甚至超过铣、刨的水平，比铣削的生产效率高10倍。 关于生产效率的实例： 美国的Hill-Acme公司的砂带磨床，加工宽度为1219mm的不锈钢板，进给速度101mm/min，一次可以磨掉3.17mm厚的金属。 又如英国White公司的648型砂带磨床，可以一次粗磨、精磨

5、、抛光小工件，进给速度6m/min，每小时加工2000个工件。,砂带磨削的特点,2.加工件的表面粗糙度低，精度好 加工表面粗糙度的高低，是磨削工件表面质量的重要标准； 砂带磨削属于弹性磨削，有良好的跑合与抛光作用，而且砂带的周长比较长，磨粒间容屑空间大，在磨削过程中，起到一定的自然冷却作用，所以被加工表面不易产生变形及烧伤等现象； 表面粗糙度1.25-0.02，若用于抛光，表面粗糙度还可以更低。,砂带磨削的机理和特点,3.加工适应性强 砂带磨削很容易满足不同磨削需要的设计； 一台砂带磨头，既可以安装在普通车床或立式车床上进行不同材料、硬度的内圆、外圆、端面的磨削工作，也可以装夹在刨床上对平面进

6、行磨削； 砂带磨削还可以磨削圆弧曲面及较复杂型面，如汽轮机叶片、涡轮机叶片、导航叶片等，硬度较高的材料也可以用砂带磨削加工。,砂带磨削的特点,4.辅助工时短，节约成本 在普通车床上安装砂带磨头，车削工序之后可立即进行磨削与抛光工序，可节约大量的工件搬运、装夹拆卸及调整的工时； 砂带的更换也很简便，一般只需1-2分钟，辅助工时的减少，就能相应的减少工件的单位成本。,砂带磨削的机理和特点,5.设备简单，操作方便 与砂轮磨床相比，砂带磨床的结构简单的多，且制造容易，设备费用低，容易实现生产过程自动化； 操作相对简便，一般机床操作人员都可以很快掌握，而且安全性好；,砂带磨削的机理和特点,磨削过程中，砂

7、带由于温度升高而绷紧，一定程度上会影响到加工精度； 齿轮类零件无法采用砂带磨削，在高精度加工方面，砂带磨削还不能与砂轮磨削竞争； 对小于25mm且有尺寸精度要求的深孔加工及有尺寸精度要求的盲孔、多阶梯且退刀槽小于3mm的外圆加工，也难以应用砂带磨削； 砂带在高速磨削低碳钢及铜、铝等有色金属时，由于磨屑容易粘附在磨粒间阻碍切削而造成砂带的严重磨损。,砂带磨削的一些不足,砂带磨削的适用范围,1.砂带磨削适用的材料： 砂带磨削几乎能磨削一切工程材料，除了砂轮磨削能加工的材料外，其还可以加工如铜、铝等有色金属和木材、皮革、塑料等非金属软材料； 特别是砂带磨削的“冷态”磨削效应使之在加工钛合金等耐热耐磨

8、材料时更能显现独特的优势；,2.砂带磨削能加工的工件类型： 砂带磨削能加工表面质量及精度要求高的各种形状的工件， 不但可以加工常见的平面、内外圆表面的工件， 还能以极高的效率加工表面质量及精度要求都较高的大型或异型件。,砂带磨削的适用范围,大面积板材的抛磨加工，砂轮的宽度最大仅1000mm，砂带的最大宽度可达4900mm，实际加工中砂带的宽度50-2000mm，加工厚度0.4-150mm，生产效率高达1000/h。 宽砂带磨削可广泛用于钢板、不锈钢板、硅钢片、铝板、铜板、刨花板、胶合板、皮革、陶瓷板以及航天，舰船和核物理研究装置上使用的各种高精度低粗糙度的大型板材的表面加工。,砂带磨削的适用范

9、围,长径比很大的工件内、外圆抛磨，各种大型的、长径比很大的轴类工件的外圆和管类工件的内圆表面的加工利用砂带磨削十分方便。 一般可在大型标准设备增加一个砂带磨削装置便可实现。 批量大的则可以采用专用的砂带磨床。 可加工的工件种类多，如大型发电机转子、轧辊、造纸烘缸等工件的外圆以及气缸、石油管道、压力容器等工件的内圆表面加工。,砂带磨削的适用范围,复杂异型工件的抛磨，曲面工件的成型磨削，难度较大，然而利用砂带的柔性可以方便的加工各种复杂曲面，曲率半径仅为3mm的内圆角，砂带磨削也可对其进行加工。 如飞机发动机叶片、汽轮机叶片、导航叶片、聚光镜灯碗、反射镜、餐具、手柄、水暖器具等等都可用砂带进行高效

10、率高质量的抛磨加工。,砂带磨削的适用范围,砂带磨削装置的几种主要类型,随着砂带磨削工艺的不断发展，目前砂带磨床及装置类型很多，主要方式有： 1.无心外圆砂带磨削： 下图所示的是接触磨削型，即用接触轮使砂带在一定压力下对工件作相对磨削，这种类型磨削量较大：,下图2所示的是自由磨削型，即利用砂带的挠性对工件进行自由磨削，这种类型主要用于抛光，可以获得较高的加工表面光洁度：,砂带磨削装置的几种主要类型,2.定心外圆砂带磨削： 左图1所示为接触轮磨削型； 右图2所示为自由磨削型.,砂带磨削装置的几种主要类型,3.内圆砂带磨削： 下图为砂带磨削剪刀手指孔示意图：,砂带磨削装置的几种主要类型,4.平面砂带

11、磨削： 左图1所示为支撑轮结构形式； 右图2所示为支撑板结构形式.,砂带磨削装置的几种主要类型,5.成形砂带磨削： 下图所示采用了成形支撑板（或成形支撑轮）型式：,砂带磨削装置的几种主要类型,砂带磨削的工艺参数,砂带磨削的工艺参数主要指：砂带磨粒的粒度、 砂带的线速度、 砂带的径向进给量与纵向进给量、工件的转速以及橡胶轮的硬度等。 这些参数的用量直接影响工件加工表面的粗糙度等质量的指标。,1.砂带的粒度： 砂带磨料粒度是加工表面粗糙度的主要影响因素，粒度愈细，加工表面粗糙度愈低； 2.砂带的线速度V： 砂带的线速度提高可以降低加工表面粗糙度，但是砂带线速度过高会影响到砂带的使用寿命； 3.砂带

12、的径向进给量fr: 随着径向进给量fr的增加，表面粗糙度将升高；,砂带磨削的工艺参数,4.纵向进给量fa： 表面粗糙度随着纵向进给量的增加而升高，当纵向进给量过大时，甚至还可能出现螺旋状划痕； 5.工件的转速: 随着工件转速的提高，表面粗糙度也相应的升高，而且如果工件转速过高，还会引起工件的微振动，所以要适当控制工件转速； 6.橡胶接触轮的硬度： 在同等磨削力情况下，接触轮的硬度大，则对工件的压强也大，同时工件加工表面粗糙度也相应升高.,砂带磨削的工艺参数,砂带磨削的精度问题,砂带磨削头架： 1.闭式砂带磨削头架： 采用无接头或有接头的环形砂带，通过张紧轮撑紧，由电动机通过接触轮带动砂带的高速

13、回转，工件回转，砂带头架或工作台纵向及横向进给运动，从而对工件进行磨削。 优缺点：效率高，但噪声大，易发热，可用于粗、半精和精加工。,砂带磨削头架,闭式磨削头架：,砂带磨削头架,2.开式砂带磨削头架： 采用成卷砂带，由电动机经减速机构通过卷带轮带动砂带作极缓慢的移动，砂带绕过接触轮并以一定的工作压力与工件被加工表面接触，工件回转，砂带头架或工作台纵向及横向进给，从而对工件进行磨削. 砂带在磨削过程中的连续缓慢移动，切削区不断的出现新磨粒，磨削质量高且稳定，磨削效果好，多用于精密和超精密磨削.,砂带磨削头架,开式磨削头架：,砂带磨削的精度问题,砂带磨削的精度问题,国内砂带磨削加工精度亟待改进的问

14、题： 近年来，国外将砂带磨削用于精密、超精密加工，精度已达微米级，表面粗糙度已达到Ra(0.010.25) m，而国产的砂带磨削精度只能达到(1020)m； 原因有两个方面： 一方面是国内机床的切深微进给精度较低，普通机床最小进给在(1020)m，某些数控机床的微进给可控制到5m，这有利于提高精度； 另一方面，砂带磨削为弹性加工，由于弹性变形使砂带磨削精度降低，要解决磨削深度的微量控制的问题.,关于砂带磨削的其它一些问题,1.砂带选择及其修整： 滚压法：使砂带通过一对有相应间隙的淬火钢制平滑滚轮，砂带受压将凸出磨粒压平而获得等高性； 对磨法：用一细粒度砂带与欲用的新砂带对磨，将其凸出磨粒修整掉

15、； 预磨法：将新砂带使用一段时间后，待砂带处于正常磨损的最佳阶段时备用.,2.磨削液与干磨剂的选择：,关于砂带磨削的其它一些问题,3.接触轮： 接触轮是将砂带压在加工件表面进行磨削的装置.,关于砂带磨削的其它一些问题,砂带磨削国内外发展状况,1.砂带及砂带磨削的产量和销售量不断的增加,2.砂带磨削应用领域 砂带磨削应用领域在日趋扩大，从一般家庭生活到工业生产和各个领域无所不用，如钢铁工业、航空航天工业、机械加工、造船业、铸造业、交通运输、金属加工、木器、石材、砖材、纤维、塑料器具和器械等. 如今，砂带磨削已成功应用于磁盘录音机、录像机、照相机以及复印机等精密零部件制造.,砂带磨削国内外发展状况,3.砂带磨削技术与其它技术结合 砂带磨削技术与特种加工方法和现代化技术紧密结合，如自适应控制，微机应用与引入，NC控制及误差补偿，PC控制器等； 一是电解砂带磨削技术和电镀砂带磨削的发展，二是出现了许多新型砂带磨床，例如Metabo公司的6轴5联动数控砂带磨床。,砂带磨削国内外发展状况,4.新型砂带的研制 如德国开发并获得多国专利的空心球复合磨粒，日本的软木砂带磨粒及多层涂附磨粒，美国3M公司推