淺談磨削加工與機(jī)床設(shè)計(jì)

張宏浩

【摘 要】本文從國內(nèi)外發(fā)展和應(yīng)用的現(xiàn)狀出發(fā),闡述了砂帶磨削的原理、特點(diǎn)及砂帶機(jī)床的主要機(jī)構(gòu),并介紹了一個(gè)砂帶磨床設(shè)計(jì)的實(shí)例。

【關(guān)鍵詞】砂帶磨削 磨床 磨削加工

一、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(yùn)動(dòng)的砂帶對(duì)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(duì)金屬和非金屬材料特別是難加工材料表面機(jī)械加工質(zhì)量、生產(chǎn)率及勞動(dòng)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(dú)具的加工特點(diǎn)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(píng)述。

二、砂帶磨削原理

1.主軸傳動(dòng)裝置。有單速或具有較大靈活性的變速傳動(dòng),有時(shí)裝有可逆電動(dòng)機(jī),以改變砂帶的運(yùn)動(dòng)方向。皮帶速度為10～50m/min,通常取16～30m/min,主傳動(dòng)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(shí)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(shí),可提高金屬切除量,但同時(shí)也提高表面粗糙度值和磨料覆蓋層的消耗量。

3.砂帶導(dǎo)向裝置。砂帶工作時(shí),惰輪或張緊輪應(yīng)當(dāng)可以調(diào)整,使砂帶定位及對(duì)中,根據(jù)砂帶的寬度,這一裝置可以手動(dòng)或自動(dòng)。砂帶寬度大于200mm時(shí),通常使用自動(dòng)導(dǎo)向裝置,使接觸輪與張緊輪之間的砂帶自動(dòng)對(duì)正。

4.接觸輪。接觸輪在磨削點(diǎn)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(cuò)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求。

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。

三、砂帶磨削特點(diǎn)

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(duì)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(shí)接觸面小摩擦發(fā)熱少,且磨粒散熱時(shí)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(shí)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(dòng)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(dòng)。除了有各種通用、專用設(shè)備外,設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)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(fèi)時(shí)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(jiān)固性比較低,同時(shí)在大多數(shù)情況下砂帶不可能修正,所以使用期限短。

四、砂帶磨床設(shè)計(jì)

根據(jù)某廠要求,對(duì)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(jì)主要有下面三部分內(nèi)容:

1.傳動(dòng)設(shè)計(jì)

(1)砂帶的主運(yùn)動(dòng)。由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)砂帶機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),由于反應(yīng)罐直徑大,軸向較長,因此電動(dòng)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(yùn)動(dòng)。砂帶的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通過由絲杠螺母機(jī)構(gòu)組成的小車機(jī)構(gòu)帶動(dòng)整個(gè)砂帶機(jī)構(gòu)沿反應(yīng)罐軸向運(yùn)動(dòng)。為了在加工結(jié)束時(shí)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。

(3)工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。由于工件較大,所以單獨(dú)設(shè)立電動(dòng)機(jī)通過皮帶輪及齒輪降速帶動(dòng)反應(yīng)罐轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)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(duì)位置,以及使張緊輪保持一定的張力。

(2)接觸輪設(shè)計(jì)。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(diǎn),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(dòng)機(jī)功率7.5kW。

五、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(shí)。如果這一新技術(shù)得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用,必將對(duì)我國的制造業(yè)產(chǎn)生較大影響,同時(shí)也會(huì)對(duì)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。

參考文獻(xiàn):

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