砂帶磨頭設(shè)計(jì)與使用

■福建南電電機(jī)有限公司 （南平 353001） 應(yīng)恒晶

砂帶磨頭設(shè)計(jì)與使用

■福建南電電機(jī)有限公司 （南平 353001） 應(yīng)恒晶

摘要：本文介紹應(yīng)用砂帶進(jìn)行多刀多刃切削加工的新型高效磨削的工藝特點(diǎn)、自制砂帶磨頭的結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)、技術(shù)要求和典型零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并講述砂帶磨削工藝參數(shù)的選擇和大型軸頸砂帶磨削實(shí)例，為在普通機(jī)床上對(duì)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(jù)工件加工要求，并以相應(yīng)的接觸方式，應(yīng)用砂帶取代砂輪，進(jìn)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(shí)間間隔長(zhǎng)，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(jīng)磨削的工件表面殘余應(yīng)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(dá)到IT7～I(xiàn)T6，表面粗糙度值可達(dá)Ra=0.8～0.2μm。

南電公司對(duì)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(jī)床（臥車、立車和龍門刨床等）上進(jìn)行磨削。既解決了沒有大型磨床或用其他加工手段很難達(dá)到加工要求的難題，又能取得很好的經(jīng)濟(jì)效果。

1. 砂帶磨頭結(jié)構(gòu)

砂帶傳動(dòng)特點(diǎn)類似于帶傳動(dòng)，主要依靠張緊砂帶并由主動(dòng)輪傳遞動(dòng)力。圖1為接觸輪式磨削的砂帶磨頭機(jī)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中主動(dòng)輪充當(dāng)接觸輪。

電動(dòng)機(jī)2以調(diào)節(jié)第一級(jí)帶張緊量的螺桿/螺母3固定在支座8上，通過兩級(jí)V帶傳動(dòng)帶動(dòng)與帶輪5同軸的接觸輪15旋轉(zhuǎn)，接觸輪帶動(dòng)砂帶12對(duì)工件表面進(jìn)行磨削。支臂13一端通過螺釘/長(zhǎng)孔聯(lián)接14與接觸輪臂16聯(lián)接，長(zhǎng)孔結(jié)構(gòu)用于調(diào)節(jié)第二級(jí)帶6的張緊量。另一端通過螺釘、圓孔與張緊輪臂11聯(lián)接，松開螺母9，轉(zhuǎn)動(dòng)張緊輪臂可裝卸砂帶，也可以調(diào)節(jié)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(jī)床上。根據(jù)磨頭在機(jī)床上的實(shí)際位置，適量調(diào)整支臂的轉(zhuǎn)角，使接觸輪（砂帶）與工件表面處于較好的接觸狀態(tài)。

圖1　砂帶磨頭機(jī)構(gòu)

2. 砂帶磨頭的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求

砂帶磨頭主要尺寸及參數(shù)的計(jì)算可以參考機(jī)械帶傳動(dòng)。為保

證磨頭正常工作，通常取接觸輪包角α≥120°；用細(xì)粒度砂帶輕負(fù)荷精磨時(shí)一般選砂帶線速度υ0在20～30m/s，對(duì)于鎳鉻鋼等難磨材料的υ0取下限；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，砂帶初拉應(yīng)力σb推薦為200N/cm2。設(shè)計(jì)時(shí)，要求參與傳動(dòng)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(zhuǎn)件在加工后組裝前，一般均需進(jìn)行靜平衡或動(dòng)平衡，以確保磨頭工作平穩(wěn)及磨削質(zhì)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(gòu)成。用細(xì)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(jì)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(shí)的有效切削深度都有直接關(guān)系。接觸輪外緣橡膠硬度用肖氏A級(jí)（HS-A）表示，精磨一般選20～40HS-A 。

圖2　接觸輪

4. 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算

磨頭（或工件）進(jìn)給量與磨削深度在可控情況下，以這2個(gè)參數(shù)來調(diào)節(jié)金屬切除率Z，可按恒切除率磨削計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率

式中，vf為進(jìn)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(shù)值如附表所示。

比磨削能ue參考數(shù)據(jù)表

5. 砂帶磨削工藝參數(shù)選擇

根據(jù)南電公司的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，作為工件表面光整加工，工藝參數(shù)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(huì)導(dǎo)致表面粗糙度值升高，過高則易引起工件振動(dòng)。一般粗磨選擇20～30m/min之間，精磨則應(yīng)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(shí)際有效磨削深度僅為給定的1/2～1/3；進(jìn)給速度vf，粗、精磨都在0.10～4.00mm/s之間選擇。對(duì)工件表面粗糙度值要求低的，ap和vf都應(yīng)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(yīng)越小。砂帶磨料多選用WA，粒度號(hào)在P80～P500之間即可，精磨應(yīng)選粒度號(hào)高的。

6. 大型軸頸砂帶磨削

立式水輪發(fā)電機(jī)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(jìn)行，砂帶磨料選用WA。粗磨時(shí)，砂帶粒度P80，工件速度υw=25m/min，磨削深度ap=0.05～0.10mm，進(jìn)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(shí)，砂帶粒度P400，工件速度υw=20m/min，磨削深度ap=0.01～0.03mm，進(jìn)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(shí)，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(dá)Ra=0.8μm以下。

7. 結(jié)語

自制砂帶磨頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，使用效率高。但是，砂帶磨削對(duì)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(duì)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(xiàn)：

[1] 孟少農(nóng). 機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

收稿日期：（20140826）