砂带磨削与砂轮磨削在机械加工中的区别及其应用

砂带磨削,作为一种新兴的高效、节能的切削工艺方法,和其他机械制造技术一样,是一个充满活力和不断发展的技术领域.自从二战期间美国首先在兵器制造业中应用砂带磨削金属材料开始,砂带磨削开始在全球范围内迅速发展.据有关资料统计,到20世纪90年代,砂带与砂轮的使用量之比在美国是49:51,在西德为45:55,日本达到1:1,其使用范围也遍及各行各业.我国从20世纪的80年代也开始对砂带磨削进行了试验研究及推广应用,但在实际的机械加工中,我国应用砂带磨削进行切削加工的极少,其技术的发展也极为缓慢.究其原因,是我们对其工艺特点不甚了解,在实际应用时未能扬长避短.本文通过在几个方面将砂带磨削和砂轮磨削的对比,来简述砂带磨削的特点和应用.

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▇ 1、加工机理

砂带和砂轮磨削一样,都是多刀切削工具,其切削功能是通过粘在基体上的磨粒来完成的.根据砂轮和砂带的结构进行分析,砂轮磨削工件时,由于磨粒在砂轮表面的分布是随机的,高低不平,形状各异,有的磨粒能切下金属切屑,有的则不能切下切屑.砂带磨削工件时,由于磨粒是单层涂附在砂带基体上,颗粒均匀,刀刃的等高性好,且定向排列,几乎所有磨粒都能参加切削,所以切削性能好.

▇ 2、磨削特点的比较

2.1、砂带磨削的生产效率高

由于砂带固有的特点,在砂带与工件接触区可同时投入更多且锋利的磨粒来进行切削,故砂带磨削的金属切除率要远高于砂轮磨削(生产效率约为普通砂轮磨削的5～10倍以上).在需要情况下,还可采用多个磨头进行磨削,同时进行粗磨、半精磨、精磨、高精度磨削及抛光,一次就可以完成整个加工过程.同砂轮磨削相比,其加工时间可缩短几十到几百倍,大大提高了生产率.因此就其原理和应用的广泛性而言,砂带是涂附磨具中磨削效率最高的磨具.

2.2、砂带磨削的机床利用率高

机床主电机的功率N主包括以下三部分:N主=N切+N空+N附

其中:N切-用于切削的有效功率

N空-消耗与传动中各种摩擦损失的空载功率

N附-由切削在何时所增加的机械摩擦消耗的功率

※N附一般用机床效率的形式表示,早在60年代就有报道,砂带磨床的效率高于其他机床.近几年来,砂带磨床的利用率还在不断提高.据实验数据表明,在同一台平面磨床上,在金属切除率相等时,砂带磨床所消耗的功率比砂轮磨床小3倍,砂带磨床功率利用率已高达96%.

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2.3、砂带磨削的成本低

随着科技的发展,砂带制造的技术也越高,砂带的使用寿命现已提高到812小时,且价格越来越便宜.砂带磨削所需的机床为普通机床即可,其结构简单,价格便宜.由于砂带磨削生产率高,加工时间短,用同样的成本购置砂轮和砂带时,则砂带能加工更多的工件.

2.4、砂带磨削为“冷态”磨削和弹性磨削

无论是砂轮还是砂带,在磨削时都会产生热量,导致磨削表面温度升高,其温度是随着磨削深度的升高而呈上升趋势.由于砂带的特殊结构,产生的磨削热少,磨粒之间分布空隙大及磨粒在空间与空气接触时间长,易于磨削热散发,故砂带磨削温度的变化比较平缓,使其表现出“冷态磨削”的特点.且砂带磨削温度低,对工件表面的磨削烧伤降低.而砂轮磨削随磨削深度的增大或磨削时间延长其温度明显升高.相对砂轮而言,砂带的柔软性非常好,磨削时速度稳定,加上具有弹性的橡胶接触轮,故对振动响应不敏感,易实现高稳定性磨削.

▇ 3、应用范围砂带磨削应用范围的特点是适应性强,表现如下:

3.1、适应于各种形状零件的加工

在磨削加工中,一般形状的零件砂带和砂轮磨削都可加工,但对特殊形状的零件,用砂轮磨削就很难得到要求.

(1)板件加工:薄板件,特别是宽度较大时,采用砂轮就难以加工.用砂带磨削的最大宽度能达到4.9米.

(2)异形面磨削:在具有光滑过渡的异形面零件(如曲面、罐及大型轴颈等)的磨削中,砂带磨削是一种高效高精度的加工方法.砂带作为一种柔性磨具,能和接触轮、压磨板等随工件形状的变化而自动调整位置,获得较好的加工效果.

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(3)球体加工:对具有一定圆度和表面粗糙度的球体,只有采用砂带柔性磨削,才可以得到良好的加工要求.

(4)复杂无夹持基面零件的加工:如摩托车汽油箱体盖,不但无规则的夹持基面,而且壁又薄,在砂轮磨削时采用机械夹持易发生变形和断裂,易导致汽油箱在使用过程中漏油.因此,仅能采用砂带磨削.

3.2、适应于各种材料的加工砂带磨削

不但适应于铸铁、钢件的加工,而且对粘性较大的铝、铜、银等合金零件的磨削,也能取得良好的效果.如采用砂轮磨削,这些材料的切屑非常容易堵塞砂轮的空隙,使砂轮磨削失效.

3.3、用砂带磨削冲裁件毛刺

用砂带磨削冲裁件毛刺,可以很方便的清除毛刺,而且能确保其表层不被划伤.由此可以看出,与砂轮磨削相比,砂带磨削确实是一种优质、高效、低消耗、用途广泛的加工方法.但在我国,由于相应的技术较低,导致所生产的砂带使用寿命短,规格和品种不齐;砂带磨削的加工精度相对较低及砂带磨削机理理论研究不够等问题都制约着砂带磨削在我国的进一步使用和推广.目前,随着国外砂带磨削技术的飞速发展,砂带磨削已开始向强力砂带磨削方向发展.可以预见,在国际势潮的带动下,我国砂带磨削在机械加工行业中必将得到进一步的发展和广泛应。