砂帶磨削及其機(jī)床設(shè)計

1　前言

　　砂帶磨削是根據(jù)工件形狀，用相應(yīng)的接觸方式及高速運動的砂帶對工件表面進(jìn)行磨削和拋光的一種新工藝。隨著汽車、建材、裝飾工業(yè)、模具工業(yè)及其它輕工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，對金屬和非金屬材料特別是難加工材料如塑料、皮革、橡膠、不銹鋼、陶瓷等表面機(jī)械加工質(zhì)量、生產(chǎn)率及勞動環(huán)境提出了越來越高的要求，用一般傳統(tǒng)的切削加工方法已難以滿足這些要求。在過去的五、六十年內(nèi)，砂帶磨削作為一種新工藝，在這些加工領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用。砂帶磨床主要用來作為粗磨、去毛刺、大余量磨削、精磨、細(xì)磨、裝飾拋光、無心磨以及成形磨削之用。在現(xiàn)代工業(yè)中，砂帶磨削技術(shù)以其獨具的加工特點被視為是一種很重要的加工方法。國外有專家曾把砂帶磨床比做“未來的巨人”來加以評述。

2　砂帶磨削原理

　　實現(xiàn)砂帶磨削加工的主要方法有：砂帶自由張緊法、帶有接觸輪的轉(zhuǎn)動砂帶法和接觸板法。最常用的是帶有接觸輪的轉(zhuǎn)動砂帶法。如圖1所示：

圖1

　　砂帶套在傳動輪、接觸輪的外表面上，并使砂帶張緊和高速運動，根據(jù)工件形狀和加工要求，以相應(yīng)接觸方式和適當(dāng)磨削參數(shù)對工件進(jìn)行磨削或拋光。
　　砂帶磨削的基本部件有：
　　(1) 主軸傳動裝置。有單速或具有較大靈活性的變速傳動，有時裝有可逆電動機(jī)，以改變砂帶的運動方向。皮帶速度為10～50m/min,通常取16～30m/min，主傳動裝置的功率，在每10mm寬的砂帶上是0.3～0.7kW。
　　(2) 砂帶張緊裝置。保持磨削及導(dǎo)向時砂帶的適當(dāng)張力在砂帶磨削過程中起到重要作用，它影響到砂帶的切削性能和加工零件表面粗糙度。當(dāng)增加砂帶拉力時，可提高金屬切除量，但同時也提高表面粗糙度值和磨料覆蓋層的消耗量。經(jīng)試驗表明，砂帶的張力在6～8N/mm范圍內(nèi)，在逆磨削時每次行程能切出最大的金屬量。拉緊機(jī)構(gòu)有各種形式，從簡單的機(jī)械或彈簧方法到寬砂帶與重負(fù)載磨削機(jī)床用的氣動及液壓拉緊裝置。同時，為了獲得最大的生產(chǎn)率，必須使更換砂帶的時間最少，通常操作者能在1min之內(nèi)更換砂帶。
　　(3) 砂帶導(dǎo)向裝置。砂帶工作時，惰輪或張緊輪應(yīng)當(dāng)可以調(diào)整，使砂帶定位及對中，根據(jù)砂帶的寬度，這一裝置可以手動或自動。砂帶寬度大于200mm時，通常使用自動導(dǎo)向裝置，使接觸輪與張緊輪之間的砂帶自動對正。
　　(4) 接觸輪。接觸輪在磨削點上支承砂帶，其本體是用鋁或鋼制成，輪上覆蓋橡膠、纖維、毛氈或其它材料制造的彈性圈(厚度為3～15mm)。根據(jù)需要，可制成各種密度橡膠輪，輪的表面制成交錯開槽式或平滑式。使用各種橡膠化合物作為接觸輪的覆蓋面，以滿足一定的磨削要。這些化合物包括：氯丁橡膠、乙烯樹脂、硅酮橡膠、氯硫酸化聚乙烯合成橡膠。
　　(5) 若在砂帶后面安裝一塊型板(鋼、硬質(zhì)合金或鑄鐵平板)來代替接觸輪，則可完成磨邊、四邊形、端面、平面及精磨工作，保證零件的平面度或直線性。
　　此外還有吸塵系統(tǒng)等。

3　砂帶磨削特點

　　砂帶與易損壞的工具如用于單刃車削、銑削、砂輪磨削等工具相比，具有下列特點：
　　(1) 加工效率高。經(jīng)過精選的針狀砂粒采用先進(jìn)的“靜電植砂法”，使砂粒均勻直立于基底、且鋒口向上、定向整齊排列，等高性好，容屑間隙大，接觸面小，具有較好的切削性能。應(yīng)用這一多刀多刃的切削工具進(jìn)行磨削加工，對鋼材的切除率已達(dá)每mm寬砂帶200～600mm3/min。
　　(2) 加工表面質(zhì)量高。砂帶磨削時接觸面小摩擦發(fā)熱少，且磨粒散熱時間間隔長，可以有效地減少工件變形及燒傷，故加工精度高，尺寸精度可達(dá)±0.002mm；平面度可達(dá)0.001mm。另外，砂帶在磨削時是柔性接觸，具有較好地磨削、研磨和拋光等多重作用，再加上磨削系統(tǒng)振動小，磨削速度穩(wěn)定使得表面加工質(zhì)量粗糙度值小，殘余應(yīng)力狀態(tài)好，工件的粗糙度可達(dá)Ra0.4～0.1μm，且表面有均勻的粗糙度。但由于砂帶不能修整，故砂帶磨削加工精度比砂輪磨削略低。
　　(3) 工藝靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)。砂帶磨削可以方便地用于平面、外圓、內(nèi)圓磨削、復(fù)雜的異形面加工、切削余量20mm以下的粗加工磨削、去毛刺和為鍍層零件的預(yù)加工、拋光表面、消除板坯表面缺陷、刃磨和研磨切削工具、消除焊接處的凸瘤、代替鉗工作業(yè)的手工勞動。除了有各種通用、專用設(shè)備外，設(shè)計一個砂帶磨頭能方便地裝于車床、刨床和銑床等常規(guī)現(xiàn)成設(shè)備上，不僅能使這些機(jī)床功能大為擴(kuò)展，而且能解決一些難加工零件如超長、超大型軸類、平面零件、不規(guī)則表面等的精密加工。
　　(4) 砂帶有很大的彈性，因而整個系統(tǒng)有較高的抗振性。
　　(5) 砂帶尺寸可 很大，適用于大面積高效率加工，且設(shè)備簡單，操作安全，使用維護(hù)方便，更換砂帶和培訓(xùn)機(jī)床操作人員花費時間較少。
　　(6) 在加工過程中砂帶增長，外形和尺寸達(dá)不到高精度，加工零件上的尖銳突出部位和用細(xì)粒度磨料精磨困難，砂帶的堅固性比較低，同時在大多數(shù)情況下砂帶不可能修正，所以使用期限短。

4　砂帶磨床設(shè)計

　　根據(jù)某廠要求，對該廠的反應(yīng)罐內(nèi)壁采用了砂帶磨削加工，目的是去除該零件內(nèi)壁氧化皮等表面缺陷，以有利于內(nèi)壁搪瓷。該零件尺寸較大，原來采用砂輪磨削加工，加工中噪聲很大，切屑到處飛揚(yáng)，工作環(huán)境極差。該機(jī)床設(shè)計主要有下面三部分內(nèi)容(見圖2)：

圖2

　　(1) 傳動設(shè)計
　　該機(jī)床傳動設(shè)計相對較簡單，主要由三部組成：
　�、� 砂帶的主運動。由電動機(jī)直接帶動砂帶機(jī)構(gòu)運動，由于反應(yīng)罐直徑大。軸向較長，因此電動機(jī)前端的軸為懸臂式，焊接的機(jī)座結(jié)構(gòu)剛性要好，尤其要注意焊接引起的內(nèi)應(yīng)力。
　　② 砂帶的進(jìn)給運動。砂帶的進(jìn)給運動通過由絲杠螺母機(jī)構(gòu)組成的小車機(jī)構(gòu)帶動整個砂帶機(jī)構(gòu)沿反應(yīng)罐軸向運動。為了在加工結(jié)束時使砂帶機(jī)構(gòu)以快速返回，因此該機(jī)床設(shè)有快速電機(jī)，快速電機(jī)與進(jìn)給電機(jī)之間通過超越離合器連接。
　�、� 工件的進(jìn)給運動。由于工件較大，所以單獨設(shè)立電動機(jī)通過皮帶輪及齒輪降速帶動反應(yīng)罐轉(zhuǎn)動。
　　(2) 主要機(jī)構(gòu)設(shè)計
　�、� 砂帶張緊裝置。此機(jī)構(gòu)主要是通過絲杠和彈簧來調(diào)整接觸輪與工件的相對位置，以及使張緊輪保持一定的張力。
　�、� 接觸輪設(shè)計。由于該零件尺寸較大，并且是用作粗加工，故選用較硬的橡膠接觸輪，接觸輪直徑為250mm，在接觸輪表面采用較寬的溝槽紋和較窄的工作表面，以增加壓強(qiáng)、提高切削效率和砂帶壽命，根據(jù)該零件特點，溝槽紋間距取為10mm。
　　(3) 主要技術(shù)參數(shù)選擇
　　砂帶速度20～30m/s，砂帶長度2500～3150mm，寬度200mm，砂帶電動機(jī)功率7.5kW。

5　結(jié)束語

　　砂帶磨削作為一門新技術(shù)，在國際上已有各類砂帶機(jī)產(chǎn)品應(yīng)用，國內(nèi)尚處在推廣應(yīng)用階段，它的優(yōu)越性已逐步被人們所認(rèn)識。如果這一新技術(shù)得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用，必將對我國的制造業(yè)產(chǎn)生較大影響，同時也會對目前不景氣的各中小企業(yè)降低成本、提高效率及提高產(chǎn)品加工精度起到重要作用。