砂帶磨頭設計與使用

■福建南電電機有限公司 （南平 353001） 應恒晶

砂帶磨頭設計與使用

■福建南電電機有限公司 （南平 353001） 應恒晶

摘要：本文介紹應用砂帶進行多刀多刃切削加工的新型高效磨削的工藝特點、自制砂帶磨頭的結構、技術參數、技術要求和典型零部件的設計與計算，并講述砂帶磨削工藝參數的選擇和大型軸頸砂帶磨削實例，為在普通機床上對大軸頸、大孔徑、大平面和大曲面工件的表面光整加工提供參考。

砂帶磨削是一種根據工件加工要求，并以相應的接觸方式，應用砂帶取代砂輪，進行多刀多刃切削加工的新型高效磨削工藝。

由于砂帶磨削摩擦生熱少，磨粒散熱時間間隔長，可有效地減少工件變形、燒傷。且因砂帶磨削與工件是柔性接觸，具有較好的跑合和拋光作用，經磨削的工件表面殘余應力和表面硬化深度均大大低于砂輪磨削。作為工件表面的光整加工，砂帶磨削加工精度一般可達到IT7～IT6，表面粗糙度值可達Ra=0.8～0.2μm。

南電公司對尺寸精度要求較高、表面粗糙度要求較低的大軸頸、大孔徑、大平面和大曲面工件表面終加工多使用自制砂帶磨頭，在普通機床（臥車、立車和龍門刨床等）上進行磨削。既解決了沒有大型磨床或用其他加工手段很難達到加工要求的難題，又能取得很好的經濟效果。

1. 砂帶磨頭結構

砂帶傳動特點類似于帶傳動，主要依靠張緊砂帶并由主動輪傳遞動力。圖1為接觸輪式磨削的砂帶磨頭機構，該結構中主動輪充當接觸輪。

電動機2以調節第一級帶張緊量的螺桿/螺母3固定在支座8上，通過兩級V帶傳動帶動與帶輪5同軸的接觸輪15旋轉，接觸輪帶動砂帶12對工件表面進行磨削。支臂13一端通過螺釘/長孔聯接14與接觸輪臂16聯接，長孔結構用于調節第二級帶6的張緊量。另一端通過螺釘、圓孔與張緊輪臂11聯接，松開螺母9，轉動張緊輪臂可裝卸砂帶，也可以調節砂帶的張緊力。支臂通過中心圓孔固定在支座上，支座夾緊在機床上。根據磨頭在機床上的實際位置，適量調整支臂的轉角，使接觸輪（砂帶）與工件表面處于較好的接觸狀態。

圖1　砂帶磨頭機構

2. 砂帶磨頭的技術參數和技術要求

砂帶磨頭主要尺寸及參數的計算可以參考機械帶傳動。為保

證磨頭正常工作，通常取接觸輪包角α≥120°；用細粒度砂帶輕負荷精磨時一般選砂帶線速度υ0在20～30m/s，對于鎳鉻鋼等難磨材料的υ0取下限；根據經驗，砂帶初拉應力σb推薦為200N/cm2。設計時，要求參與傳動各輪的軸線須保持平行，在輪的外緣面上，具有一定高度的緣凸。磨頭的帶輪、接觸輪、張緊輪等回轉件在加工后組裝前，一般均需進行靜平衡或動平衡，以確保磨頭工作平穩及磨削質量。

3. 接觸輪

接觸輪砂帶磨頭的典型零件如圖2所示，接觸輪多采用金屬槽輪填充橡膠構成。用細粒度砂帶精磨和拋光用的接觸輪外緣表面呈平坦形，凸緣高度δ常按下式計算

式中，B為接觸輪寬度（與砂帶等寬）。

在相同的接觸壓力下，接觸輪外緣硬度軟的部位與工件接觸面積大，單位面積受力就小。因此，外緣硬度與金屬切除率、加工后工件表面粗糙度以及切削時的有效切削深度都有直接關系。接觸輪外緣橡膠硬度用肖氏A級（HS-A）表示，精磨一般選20～40HS-A 。

圖2　接觸輪

4. 電動機功率計算

磨頭（或工件）進給量與磨削深度在可控情況下，以這2個參數來調節金屬切除率Z，可按恒切除率磨削計算電動機功率

式中，vf為進給速度（mm/s）；B為磨削寬度（m m）；ap為磨削深度（m m）；ue為比磨削能[kW/（mm3·s-1）]；η為效率，η=0.9。

比磨削能ue隨工件材料不同而異，參數值如附表所示。

比磨削能ue參考數據表

5. 砂帶磨削工藝參數選擇

根據南電公司的實踐經驗，作為工件表面光整加工，工藝參數選擇如下：工件速度υw提高，可減少和避免工件表面燒傷，但會導致表面粗糙度值升高，過高則易引起工件振動。一般粗磨選擇20～30m/min之間，精磨則應控制在20m/min以下；磨削深度ap，粗磨在0.05～0.10mm之間，精磨在0.01～0.05mm之間；由于接觸輪外緣是彈性材料，故實際有效磨削深度僅為給定的1/2～1/3；進給速度vf，粗、精磨都在0.10～4.00mm/s之間選擇。對工件表面粗糙度值要求低的，ap和vf都應選小值；一般磨削前工件表面粗糙度值在Ra=3.2μm以下，磨削余量選在0.05～0.20mm之間；工件硬度越高，磨削前表面粗糙度值越低，余量就應越小。砂帶磨料多選用WA，粒度號在P80～P500之間即可，精磨應選粒度號高的。

6. 大型軸頸砂帶磨削

立式水輪發電機大型主軸，材料2 0 S i M n，中段軸徑920+0.31+0.22m m，表面粗糙度值Ra=0.8μm。精車后留余量0.20～0.25mm，表面粗糙度值Ra=3.2μm以下。中段軸徑的砂帶磨削是利用自制砂帶磨頭，安裝在CQ61 200×10車床方刀架上，分粗磨、精磨和終磨進行，砂帶磨料選用WA。粗磨時，砂帶粒度P80，工件速度υw=25m/min，磨削深度ap=0.05～0.10mm，進給速度vf=3.00mm/s，留精磨余量0.02～0.03mm，磨至粗糙度值Ra=1.6μm即可。精磨時，砂帶粒度P400，工件速度υw=20m/min，磨削深度ap=0.01～0.03mm，進給速度vf=2.00mm/s，磨至表面軸徑在上偏差，表面粗糙度值Ra=0.8μm。終磨時，用精磨使用的砂帶，空刀來回走2～3次，vf=1.00mm/s，表面粗糙度值可達Ra=0.8μm以下。

7. 結語

自制砂帶磨頭結構簡單，適用性強，使用效率高。但是，砂帶磨削對于盲孔、階梯孔和退刀槽寬度較小的多階梯外圓，無法磨削到位。對精度要求很高的工件，尚不能與高精度砂輪磨削相媲美。

參考文獻：

[1] 孟少農. 機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業出版社，1991.

收稿日期：（20140826）