聚氨酯膠輥的磨削加工研究

蔣家堅，徐勛偉

（1.重慶鋼鐵集團環保搬遷指揮部焦化項目部，重慶400080；2.張家港浦項不銹鋼有限公司，江蘇張家港215600）

澆注型聚氨酯膠輥是由液體聚氨酯橡膠通過澆注的方法制造的一種膠輥，與普通膠輥相比，具有較高的機械強度（為天然橡膠的2~3倍），卓越的耐磨性（為天然橡膠5~10倍），突出的抗壓縮性，硬度范圍廣，且在高硬度下仍具有高彈性（這是其他膠種所沒有的特性），表面光潔度高，機械加工性能優越，與金屬粘結性也比普通橡膠高得多，比較適合在一定線速和高壓力條件下使用。目前聚氨酯膠輥發展很快，原來使用的大量普通膠輥已被新型聚氨酯膠輥所取代。

1 聚氨酯膠輥的類型

澆注型聚氨酯膠輥大體分為聚酯型、聚醚型和聚已內酯型3種（指柔性鏈段的主要構成原料）。一般來說，聚酯型多用在低、中硬度的膠輥中，其物理機械性能高，耐溶劑性能較好，常用于有色金屬行業。聚醚型多用在高轉速、高硬度的膠輥中，其耐水性能佳，耐低溫性優越，工藝性能好掌握，常用來制造拉絲輥、印花輥等。聚已內酯型綜合性能優越，耐低溫性能及耐水解性能好，常用作壓榨輥及要求較高的膠輥。

2 膠輥對聚氨酯材料的基本要求

（1）必須滿足各種膠輥所要求的物理機械性能指標；

（2）必須和輥芯有良好粘合性，以適應粘合成型的工藝要求；

（3）膠輥硬度應符合要求，輥面硬度應均勻一致；

（4）表面無氣泡，雜質及機械損傷。

3 零件分析

聚氨酯膠輥是HAPL機械上傳輸不銹鋼薄板的重要組成部分，聚氨酯橡膠在被加工的過程中，以其優異的耐磨性和強度著稱，因此在傳輸中起到重要的作用。

圖1為聚氨酯膠輥的零件簡圖，骨架材料為不銹鋼軋輥材料，外層包覆為聚氨酯橡膠。

圖1 聚氨酯膠輥的零件簡圖

從零件圖中可以看出，聚氨酯摩擦盤的外圓圓弧形狀要求為R 3.42～3.65 mm；位置要求為：圓弧頂點到兩邊的距離對稱S/2=（3±0.05）mm，并有0.3 mm×30°的倒角；外圓尺寸為ΦA=(50±0.03)mm，表面粗糙度為Ra 0.4 μm。

4 加工性能分析

聚氨酯橡膠是介于橡膠和塑料之間的一種高分子彈性材料，因其具有塑料相和橡膠相，所以兼具塑料和橡膠的一些基本特點。硬度范圍是邵氏A65～98，溫度范圍-50～120℃。具有較高的強度和彈性，優異的耐磨性，耐油和耐水解性能等。

作為一種難切削加工非金屬材料，很難加工到要求的形狀精度、尺寸精度及表面粗糙度，其加工性能表現為：

（1）材料較軟。尺寸精度和形狀精度不易保證，且磨削時容易堵塞砂輪。

（2）導熱系數小。熱穩定性差，溫度超過120℃即會引起磨削燒傷。

（3）耐磨性較高(本身可作為拋光材料)，一般拋光方式不能滿足要求。

5 外圓圓弧的成型方式

為了保證外圓圓弧的形狀和尺寸精度，我們以邵氏硬度(A)85的聚氨酯摩擦盤為試樣（如圖2），用不同磨削加工方式進行了對比試驗。

（1）用擺頭磨床和曲線磨床仿型加工外圓圓弧。

（2）在普通外圓磨床上，用金剛石筆和電鍍金剛石滾輪修整砂輪，用成型法加工圓弧。

對比實驗結果如表1。

圖2 聚氨酯摩擦盤簡圖

表1 不同外圓圓弧的磨削方式比較

結果表明：用擺頭磨床和曲線磨床仿型加工外圓圓弧，效率低、成本高，且加工的圓弧表面形狀不好(有條紋)，不能滿足要求。在普通外圓磨床上用金剛石筆修整砂輪，用成型法加工圓弧，因調整困難、修整精度較低，也不能滿足要求。而用電鍍金剛石滾輪修整砂輪，效果則比較理想，不但保證了加工精度，而且加工效率較高。

6 磨削工藝及參數選擇

6.1 機床的調整

磨削前要對磨床進行必要的調整，檢測并調整主軸的精度，達到出廠精度；對砂輪進行動平衡，以減少磨削時產生振動。對裝夾零件用芯軸進行調整和檢測，保證在設計公差以內。

6.2 工藝實驗

為了保證加工精度和表面粗糙度要求，我們先用以下兩種方式進行了對比試驗：

（1）一次磨削成型法。即用金剛石滾輪修整好砂輪的外圓弧后，直接磨到尺寸。結果發現當砂輪粒度選擇較大時，磨削效率高，但表面粗糙度較難達到要求；當砂輪粒度選擇較小時，表面粗糙度雖然達到要求，但磨削效率較低。

（2）先粗磨再拋光的方式。粗磨后，留下0.01～0.02 mm余量，用布輪拋光。由于聚氨酯橡膠耐磨性較高(本身可作為拋光材料)，拋光一件需要5 h左右，效率較低。

綜合分析兩種試驗結果，我們對加工工藝進行了改進。采用先粗磨再精磨的加工方式，并且在精磨時采用了具有拋光作用的PVA砂輪，使精磨、拋光結合在一起，一次加工完成，不但保證了精度要求，而且效率較高。

7 磨削參數

7.1 粗磨

粗磨主要是為了保證聚氨酯摩擦盤的形狀精度，而且要磨削掉絕大部分的切削余量，因此在選擇砂輪時，既要考慮保持圓弧型狀，又要考慮加工效率。同時由于精磨時所留余量較小，表面粗糙度也不能太高。經過反復實驗，選擇參數如表2。

表2 粗磨參數

（1）砂輪的磨料選用黑色碳化硅(C)。因為黑色碳化硅導熱性好，散熱快，切刃銳鋒。

（2）砂輪的硬度。由于是成型磨削，為了保持正確的幾何形狀，減少砂輪的磨損及修整次數，因此砂輪的硬度應選高一些，但是考慮到磨下來的聚氨酯橡膠容易堵塞砂輪，所以又不能太高，因此選用N級。

（3）砂輪的粒度。為了提高磨削效率，并兼顧表面粗糙度，選用30#。

（4）砂輪的結合劑。選用陶瓷結合劑(V)，大氣孔砂輪。

（5）切削用量。一次進給0.01 mm，均勻進給。由于工件材料較軟，進給量一定要均勻，一次進給太大將會使工件變形，從而使工件磨削報廢。

7.2 精磨

精磨主要是為了保證聚氨酯摩擦盤的表面粗糙度，因此把精磨和拋光合在一起，余量0.02 mm，近似于無進給磨削，因此選擇了具有拋光作用的PVA砂輪進行精磨和拋光，粒度120#，白剛玉。

7.3 磨削結果分析

對第一組l0個零件加工完成后，進行了檢測，結果如下：外圓圓弧形狀R=（3.50～3.55）mm；圓弧頂點到兩邊的距離對稱S/2：(2.97～3.02)mm；外圓尺寸為ΦA=（49.99～50.02）mm，表面粗糙度為Ra=0.41 μm，完全符合零件要求。加工時間為3 h，效率較高。對后續加工每30件進行抽檢，到200件左右時，外圓圓弧形狀及外圓尺寸保持穩定，但粗磨開始出現燒傷痕跡，用金剛石滾輪對砂輪進行修整后恢復正常；到500件時，精磨(拋光)質量開始下降，用金剛石滾輪對砂輪進行修整后也恢復正常。因此，粗、精(拋光)磨的砂輪修整周期分別為200件和500件。

8 結束語

（1）無論是粗磨還是精磨，都必須充分加注冷卻水，一方面防止磨削燒傷，另一方面對砂輪表面起到沖刷和清理作用。

（2）要及時清理粘在砂輪上的廢橡膠，以免堵塞砂輪，影響磨削。同時由于工件材料較軟，砂輪上的廢橡膠不但擠壓工件引起變形，影響形狀精度和加工尺寸，還會引起摩擦燒傷。

（3）用金剛石滾輪修整砂輪進行成型磨削，用具有拋光作用的PVA砂輪進行精磨和拋光，是加工聚氨酯摩擦盤外圓表面的一種有效方法，該方法對軟材料的成型加工具有一定的借鑒意義。

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