砂帶低速拋磨的可行性研究*

孫千里，沈鑫剛，范進楨，包開華，耿金良

（1.寧波職業(yè)技術學院 海天學院，浙江 寧波 315800；2.寧波普利特精密機械有限公司，浙江 寧波 315800）

0 引 言

通常認為，砂帶磨削是在一定裝置上，利用高速旋轉的砂帶切除工件表面余量和進行磨削拋光的一種加工工藝［1］。與砂輪磨削相比，砂帶磨削有自身的特點和優(yōu)勢，例如：利用砂帶的撓性和卷曲變形，實現(xiàn)了橢圓孔的倒角加工［2］；針對不銹鋼鏟形狀不規(guī)則，應用砂帶磨削，變手工操作為自動化作業(yè)，保證了產(chǎn)品質量的一致性和穩(wěn)定性［3］。另外，精密砂帶振動磨削和研拋技術是解決制造技術中工藝難題的重要手段之一［4］。

《機械加工工藝手冊》為磨削各種材料推薦了不同的砂帶速度［5］，例如：鋁的砂帶磨削速度為22 m/s～28 m/s，黃銅/青銅的砂帶磨削速度為25 m/s～30 m/s，碳鋼的砂帶磨削速度為20 m/s～25 m/s等。學者李代建［6］為砂帶精磨工藝推薦的砂帶線速度是28 m/s；羅剛、劉瑞杰、華崇略等人［7-9］的研究也采用了相近的砂帶速度。

可查文獻中僅見廖萍等人［10］設計的砂帶拋光設備選用約2 m/s的磨削線速度。但在實際生產(chǎn)過程中，常采用較低的砂帶磨削速度（或較低的砂帶與工件的相對線速度），通常為2 m/s～5 m/s左右。

本研究通過工程試驗及實際加工，驗證砂帶低速拋磨的可行性。

1 砂帶磨削正交試驗

1.1 試驗條件

砂帶磨削是一個非常復雜的過程，影響零件拋光質量的因素很多，本研究主要從砂帶粒度、磨削速度、每轉進給量、工件材料四方面進行正交試驗設計，以確定各個參數(shù)對零件拋光質量的影響。本研究的試驗條件如表1所示。

表1 砂帶磨削的試驗條件

試驗在生產(chǎn)用砂帶磨頭上進行。為滿足試驗條件的需要，將砂帶磨頭進行了一定改造：首先，加裝變頻器，以實現(xiàn)試驗所需要的三級轉速（由于砂帶磨頭采用三相異步電機，僅1 440 r/min一級額定轉速）；其次，為了使砂帶線速度最大達到20 m/s，將主動輪直徑從原來的Φ65 mm增大到Φ280 mm。試驗裝置及現(xiàn)場如圖1所示。

1.2 試驗方案設計

基于上述分析，可確定正交試驗的因素水平，如表2所示。

選用L9（34）正交表，試驗方案及結果如表3所示。

圖1 試驗現(xiàn)場

表2 正交試驗因素水平

表3 正交試驗設計及試驗結果

1.3 試驗結果分析

表3中某因素所在列的極差，反映了該因素水平波動時粗糙度值的變動幅度。極差越大，說明該因素對粗糙度值的影響越大，根據(jù)極差大小，可以判斷各因素對工件磨削表面粗糙度影響的主次順序。從表3中數(shù)據(jù)可知，砂帶粒度、磨削速度、每轉進給量、工件材料四因素對應的極差分別為2.593、0.693、0.478、0.958，且2.593＞0.958＞0.693＞0.478，因此該試驗選擇的4個工藝參數(shù)中，對表面粗糙度影響最大的是砂帶粒度，其影響遠大于其他三因素，其次是工件材料，影響最小的是每轉進給量。所以，當工件材料已知的情況下，用砂帶進行拋光，保證表面粗糙度要求的關鍵在于選擇合適的砂帶粒度。這意味著，只要砂帶的粒度選擇合理，選用較低的砂帶磨削速度是可行的。

2 砂帶低速拋光工程實例

型芯零件圖如圖2所示。金龍魚5 L油胚12腔注胚模具的型芯，材料為3Cr13，經(jīng)真空淬火后，硬度為HRC45-48，型芯成型工作表面的粗糙度要求Ra0.4。

圖2 型芯零件圖

2.1 工藝分析及機加工工藝過程

該零件由圓柱、圓錐、圓弧、內孔等表面組成，尺寸精度不超過IT6級，通過精車就可以達到要求，成型面也不復雜，可以在數(shù)控車床上完成加工，但成型面的表面粗糙度要求非常高，必須經(jīng)過拋光才能達到。工藝過程如表4所示。

2.2 成型面拋光

成型面拋光工序是型芯機械加工工藝過程中的難點。

在沒有專用拋光設備的情況下，在普通車床上拋光，主軸轉速為1 300 r/min～2 000 r/min，所拋外圓直徑不超過Φ40，則砂帶拋光時與工件的相對速度不超過4.2 m/s，屬于低速拋光。

此時，比較方便的方法是手持砂帶拋光。生產(chǎn)中常將砂帶用手持式電磨夾持進行拋光。具體做法如圖3所示：將砂紙裁成4 cm～5 cm寬的砂帶，砂面朝外，左端卡在手持式電磨輸出軸頭部的槽中，然后以順時針方向卷成卷，啟動電磨，使砂帶卷正轉，與工件待拋光表面接觸，進行拋光。當砂帶卷的外層砂粒磨損到失去拋光功能時，撕去舊砂紙，露出新鮮砂紙，繼續(xù)拋光。

為了達到理想的拋光效果，整個拋光過程需更換從粗到細共4種不同粒度的砂紙，最后，將羊毛球裝在電磨上，輔以鉆石膏進行上光，完成全部拋光工作。工序內容如表5所示。

表4 型芯機械加工工藝過程

2.3 拋光效果

經(jīng)過5個工步的拋光，成型面達到了令人滿意的鏡面效果，完成拋光后的型芯成品如圖4所示。

圖3 手持式砂帶拋光示意圖

圖4 完成拋光后的型芯成品

表5 拋光工序內容

3 結束語

砂帶磨削正交試驗結果表明，砂帶粒度對零件拋磨后的表面粗糙度的影響遠大于砂帶磨削速度的影響，是拋磨工藝中需要主要考慮的因素。因此，在生產(chǎn)條件不允許采用較高砂帶磨削速度的場合時，只要進行合理地工序設計，選用合適的砂帶粒度，即使采用較低的砂帶速度拋光，同樣可以取得良好的拋光效果。筆者列舉的砂帶低速拋光案例證實了這一點。本研究旨在說明砂帶低速拋磨的可行性。

另外，在正交試驗中，還有很多因素沒有納入考察，如拋磨時的走刀次數(shù)、磨削壓力、采用順磨或逆磨對拋光效果的差異等，這些因素對拋磨的影響有待于下一步進行研究。

（References）：

［1］ 柴 樺，黃 云，王亞杰，等.鎂合金表面粗糙度預測模型優(yōu)化的研究［J］.機械科學與技術，2012，31（6）：968-971.

［2］ 王友林，姜 英.連桿小端橢圓孔的砂帶倒角加工［J］.現(xiàn)代制造工程，2012（10）：95-98.

［3］ 余 巖.不銹鋼鏟的高效機械化砂帶磨削及拋光工藝研究［J］.機床與液壓，2011，39（20）：19-23.

［4］ 王先逵.精密復合加工技術［J］.現(xiàn)代制造工程，2012（2）：1-6.

［5］ 王先逵.機械加工工藝手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

［6］ 李代建，楊春強.船用螺旋槳砂帶磨削研究［J］.工具技術，2010，44（12）：23-26.

［7］ 羅 剛，朱成華.大型焊接鋼管管端螺旋焊縫砂帶拋磨機床的研制［J］.機床與液壓，2010，38（16）：35-43.

［8］ 劉瑞杰，黃 云，靳星星，等.基于砂帶磨削的鈦合金復合板材恒壓自適應控制研究［J］.機械科學與技術，2011，30（8）：1258-1261.

［9］ 華崇略，王貴成，劉菊東，等.磨削速度對工件磨削淬硬層表面殘余應力分布的影響［J］.機械設計與制造，2012（4）：177-179.

［10］廖 萍，周一丹.點陣式砂帶拋光工藝［J］.機械工藝師，1998（3）：10-11.