砂帶磨削技術研究進展與發展方向

劉鵬展，鄒文俊，彭 進（河南工業大學材料科學與工程學院，鄭州 450001）

砂帶磨削技術研究進展與發展方向

劉鵬展，鄒文俊，彭 進
（河南工業大學材料科學與工程學院，鄭州 450001）

本文介紹了砂帶與砂帶磨削，并對砂帶磨削技術國內外研究進展、應用和關鍵技術發展做了闡述。

砂帶；磨削；機理；砂帶磨削

1　引言

砂帶，即用粘結劑將磨料粘結在柔軟基體上的特殊磨具，其切削作用主要由基底上具有刃角的專用磨粒來完成。砂帶磨削就是利用這一方式，用對應不同幾何形狀工件的高速運動砂帶與工件接觸產生相對摩擦，從而達到磨削拋光效果的一種磨削加工技術。在現代工業加工中，隨著汽車、建材、航空航天等產業發展，對金屬及非金屬材料，特別是難磨材料如不銹鋼、鈦合金等的加工精度及完整性要求也越來越高，砂帶磨削這一有著“萬能磨削”和“冷態磨削”之稱的磨削工藝也越來越被人們所重視。下面就對砂帶磨削技術國內外研究進展、應用及關鍵技術發展作簡要闡述。

2　砂帶磨削技術國內外研究進展

2.1國外研究進展

自上世紀靜電植砂技術的發展與成熟，歐美日本等國家就對涂附磨具特別是砂帶磨削進行了大量研究，在制造技術及磨床設計生產領域取得了巨大的成就，保有大量的保密專利。目前國外產品系列豐富，如金剛石、cBN、鋯剛玉、陶瓷磨料、復合磨料及堆積磨料砂帶均有成熟制品。國際上知名的砂帶品牌有美3M、Norton、德國Hermes、德國VSM、韓國DEER、日本牛頭等；著名的砂帶磨床制造廠商有美國Cincinnati、Sundstrand、EmersonElectric、德國Loser、德國Metab、瑞士ASEA等［1］。在機理研究方面，日本研究者［1］通過不斷試驗，利用模糊理論獲得了磨削條件和影響平面度因素相對關系的表達式，既能精確地表達磨削過程，又能夠滿意地改善工件表面精度，為定量分析磨削參數變化對平面精度的影響提供了科學依據。J.J.Gagliardi［2］研究了單層和多層碳化硅砂帶磨削花崗石時，功率、磨削力與材料切除率之間的關系，并和柔性金剛石砂帶作對比，結論是金剛石砂帶切除率高，磨削力和磨削功率小，工件加工表面損傷小，磨削溫度低。在新產品研究方面，磨料上美國3M公司以鋯鋁氧化物合成物作為磨料發明出了Cubicut砂帶，磨削效果理想；德國研發出了具有多國專利的空心球復合磨粒，其制作的砂帶使用壽命長，切削效率高，成本低。基體材料上日本研制出了一種以軟鋼帶作基底的超硬磨料砂帶，加工高硬度或難加工材料效果顯著；美國3M公司研制出一種塑料薄膜基底，制出的砂帶強度高、韌性好，可以加工出粗糙度Ra0.05um以下的工件表面粗糙度［3］。

2.2國內研究進展

我國砂帶磨削領域的研究雖然相對發達國家較落后，但也正處于飛速發展階段。張磊，余維才等［4］研究了5頭無心外圓砂帶磨床磨削12Cr1MoVG合金鋼管的磨削工藝，發現表面材料去除量受磨削壓力、砂帶線速度、磨料種類及粒度等影響較大，使用陶瓷堆積磨料砂帶可獲得較大的表面材料去除量和較好的表面質量。黃云，楊春強等［5］對304不銹鋼砂帶磨削進行了研究，發現當磨削時間t＜8s時，表面粗糙度快速減小；當t＞8s時，表面粗糙度趨于穩定；表面粗糙度隨著法向磨削壓力的增大而減小，當法向磨削力在60～80N時，表面粗糙度有穩定的最小值。王維朗，潘復生等［6］對不銹鋼材料磨削進行了研究，試驗發現不銹鋼加工表面的缺陷主要是磨削裂紋和磨削燒傷，其產生的關鍵原因是磨削熱；磨粒與工件材料在磨削過程中的交互作用受多個因素的影響，較為復雜；鋯剛玉和陶瓷磨料對不銹鋼材料可以獲得較高的材料去除率，適用于不銹鋼的磨削加工。劉瑞杰，黃云等［7］對鈦合金砂帶磨削進行了研究，發現法向磨削壓力越大，材料去除率越大；隨著砂帶線速度增大，材料去除率先增大后減小；陶瓷和鋯剛玉磨料的砂帶較之氧化鋁和碳化硅磨料的砂帶有較高的材料去除率；工件材料的硬度越低、磨料粒度號越低，材料的去除率越高。并且提高砂帶線速度，選用合理的磨削壓力、砂帶磨料、磨削液和采用高粒度號的砂帶等，可有效防止磨削燒傷和裂紋的產生，改善金屬材料磨削的表面加工質量；磨平磨鈍是砂帶最主要的磨損形式，這受磨削壓力、砂帶線速度、工件材料硬度和磨削液等因素影響較大。在產品生產方面，國內目前有湖北玉立、鄭州白鴿等上百家涂附磨具制造廠商。當下正處于涂附磨具行業的轉型升級期，新產品與新技術才是核心，過剩的產能必須要轉化，一味進行低成本走量競爭勢必要被這個時代所淘汰，中國砂帶磨削產業任重而道遠。

3　砂帶磨削技術應用

砂帶磨削由于其區別于砂輪獨特的柔性磨削方式，應用的廣泛性是其他加工方法所不能比擬的，可應用于各工業生產領域當中。其不僅可以加工砂輪可加工的有色金屬材料，對于木材，石材，塑料，皮革等非金屬材料的加工也有很好的契合性，對耐熱難磨材料等也有很大的加工優勢，是一種高效精密的加工方法。而且砂帶磨削不僅可加工平面磨，內外圓磨表面的工件，還可以加工表面加工精度要求高的小型、大型或異形件。砂帶磨削加工方式較其他方法也更加靈活，磨削設備形式多樣，種類繁多，常見的有手提式砂帶機、萬能砂帶機、臺式砂帶機、外圓砂帶磨床、平面砂帶磨床、無心砂帶磨床、內圓砂帶磨床等，磨具樣式也可根據客戶的需要生產不同規格種類的產品，如砂帶異形涂附磨具［2］就是用砂帶作原料進行再制造，充分利用砂帶本身的柔曲性、可加工性，將成卷砂帶經落料、裁成各種形狀的砂帶頁片，再將若干頁片按一定規律排列組合到金屬或非金屬的基體上，或纏繞到基軸上，之后用粘結劑將頁片和基體粘成一體，制成各種各樣的涂附磨具。

4　砂帶磨削核心技術及發展方向

4.1砂帶磨削機理基礎性研究

雖然自上世紀開始各國科學家及工程師就對砂帶磨削機理做了大量的研究，但由于理論交叉性涉及到材料、機械、化學、物理、數學等多個學科，規律十分復雜，磨削效果受環境等多種因素的影響較大，所以至今仍沒有一套完整的砂帶磨削理論體系。建立出能表征磨削過程、磨削現象本質，為達到相應表面質量與精度所需的磨削參數理論，是當下各國研究的重點。

4.2砂帶新技術、新產品研究

砂帶品質是反映砂帶磨削技術發展程度的一個硬性標準，新技術與新產品無疑是重中之重。基于砂帶制品的三要素，砂帶制品發展方向有以下三點。新式涂附磨具磨料，如SG磨料、TG磨料、鋯剛玉磨料、復合磨料、堆積磨料等的研發與應用。粘結劑的改性與創新，不同種類砂帶如何改進粘結劑的性能，如底膠如何增加柔韌性降低脆度，復膠如何提高把持力與硬度，不同作用超涂層的研發等等。砂帶基體的研發與創新，如重負荷超強聚酯布基體、高強度超硬磨料砂帶基體、金屬基體、金屬與纖維復合基體等等的研究與應用。

4.3砂帶磨床自動化技術研究與國家標準的制定

我國砂帶磨削沒能發揮出其優勢的主要在于磨床的發展，其根本逸出并形成氣泡，當運動到高壓區時，這些氣泡將被高壓瞬間擊碎，受到激烈壓縮而放出大量熱量，導致油溫升高。

整改措施：液壓油泵的吸油口做到密封良好，如有滲油情況應及時處理；保證油箱液面高度高于吸油口，回油管路的回油口在油箱液面以下；每次換油后要排盡系統中的空氣。

（4）液壓油冷卻循環系統對油液冷卻起到重要作用。常規冷卻采用水冷式對液壓系統油液進行強制冷卻。水冷式冷卻系統會因水循環堵塞不暢或冷卻水自身溫度高而使散熱系數降低，達不到冷卻效果，結果導致油溫過高。

整改措施：我廠煉鐵多數采用的是管式冷卻器。鑒別冷卻效果常規的方式是通過手感溫冷卻器進出水管、進出油路的溫度差及油箱的整體溫度來鑒別。在日常維護中需要定期對冷卻器進行開蓋疏通冷卻器水循環管路，清理污垢，保證水循環暢通；冷卻水的初始溫度也是決定冷卻效果的重要因素，冷卻器接入冷卻水管時要接入高爐冷卻入水管，不要接入高爐冷卻回水管，以免降低冷卻效果。

5　結語

現代液壓技術廣泛應用于工農業生產中，其技術高低已成為一個國家工業發展水平的標志。液壓傳動技術正朝著高壓、高頻、快速響應、精確制導等方向發展，因而對介質的要求也越來越高，故障排除也較為困難。但液壓系統80%的故障都與液壓油有直接的關系，所以液壓介質的選用、日常的維護等就顯得十分重要，油溫受控也成為液壓設備維護的重要環節之一。在此基礎上，才能保障液壓系統穩定運轉，延長使用壽命。

［1］王鳳喜，何強主編.液壓與氣動設備維修問答［M］.北京:機械工業出版社，2011.

［2］姜繼海，宋錦春，高常識主編.液壓與氣動傳動［M］.北京:高等教育出版社，2007.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.009

郝明（1987-），男，遼寧本溪人，本科，助理工程師，研究方向:液壓設備管理與維護。