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国外砂带磨削技术的发展及应用

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2013-09-21 17:44:00

近年来,国外砂带结构和材料不断发展和完善。砂带结构方面:出现了堆积磨料砂带(金字塔型砂带)、多层磨粒砂带、超涂层砂带、、空心球型砂带、高弹性砂带、防跑偏砂带、不等厚砂带、粒度复合砂带等。砂带组成材料及制造工艺等方面:在磨料方面,传统上采用氧化铝和碳化硅,强力砂带主要采用锆刚玉,美国3M 公司研制了一种Cubicut 砂带,磨粒采用锆铝氧化物合成,这是目前砂带磨料中最硬的品种,德国开发并获多国专利的空心球复合磨粒,其砂带的切削效率高、使用寿命长、成本低;在基体材料方面,日本正研制一种由软钢带作基底的CBN或金刚石砂带,对于特殊场合和高硬度材料的加工很有效,美国3M 公司研制出一种塑料薄膜基底,制出的砂带强度高、韧性好,可以加工出粗糙度Ra为0. 05μm以下的工件表面。

(1)堆积磨料砂带

堆积磨料砂带从外观看是由一系列粗大的磨粒构成的,实际上每个大磨粒都包含了许多微细的氧化铝和碳化硅颗粒。如2004 年美国3M公司研制的金字塔堆积磨料砂带TrizactTM 953FA 和法国Saint Gobain(原美国Norton)的NORaX 金字塔砂带(图1-1),前者由外形规则整齐排列的四棱锥磨粒组成,磨料除常规的氧化铝和碳化硅以外,还有陶瓷刚玉磨料;后者由外观相对粗糙,近似球状的磨粒团构成。但就本质而言,它们的内部结构是相似的,即每个大磨粒都由大量比锥形磨粒或磨粒团更小的磨粒粘接而成。表层磨粒切除一定量的材料后会钝化,磨钝的小磨粒会从锥形磨粒或磨粒团上破碎脱落,位于里层的新磨粒就会露出来参与磨削,因此,新型堆积磨料砂带由于在磨削过程中不断有锋利的切削刃产生,所以具有较长的寿命和对材料均匀一致的切除率。图1-2是相同粒度堆积磨料砂带和普通砂带切除率与磨削时间的关系曲线。从图中不难看出,普通砂带磨削前期材料切除率虽然比堆积磨料砂带略高,但随磨削时间的增加快速下降;相反,堆积磨料砂带材料切除率下降速度比普通磨料砂带要慢,而且随磨削时间的递增逐渐减小并趋于零,寿命约为普通砂带的4 倍以上。

 堆积磨料砂带在美国和德国推广很快,如2004 年美国的Heil Acme 公司改用3M公司TrizactTM 953FA砂带实现了高精度电机转子的高效精密磨削,加工表面粗糙度值可达Ra0.015μm,平均单件磨削成本降低近50%。德国著名涡轮叶片砂带磨床制造企业MetaboPolisys 公司也将VSM公司KK712X 砂带用于叶片型面的精密磨削,加工后的叶片具有一致的表面。

 (2)多层磨粒砂带

多层磨粒结构可以有效地提高砂带使用寿命。法国Saint Gobain 磨料磨具公司的细粒度多层磨粒砂带也是精细砂带一大特色产品,图1-4(a)、(b)分别是NORaX砂带的微观结构和断面示意图。由图1-4(a)可见,砂带表层呈起伏状,在一定程度上提高了多层砂带的柔曲性能。多层磨粒砂带具有一定的磨粒层(图1-4(b)),当上层磨粒钝化破裂脱落后,就会露出新的切削层,所以多层磨粒砂带具有较长的使用寿命和一定的自锐性。但磨粒层数有限,因为层数过多会导致砂带僵硬,从而无法有效地进行磨削。

  (3)空心球磨料砂带

空心球磨料被公认为世界上最有效的磨料,不仅可用于工件的研磨和抛光,而且其重负荷磨削效果显著。如德国Hermes 公司Hermesit System 空心球磨料砂带(图1-4)是通过粘结剂将许多表层粘有细小磨粒的空心球壳固定在基体上形成的一种复合磨粒砂带,球壳薄而脆,由热塑性树脂或玻璃等脆硬材料制成。其中单个球壳上的磨粒数量高达200 多个,磨料种类通常是锆刚玉或陶瓷刚玉。类似于堆积磨料砂带,磨钝后高度相对较低的新磨粒将突出来参与切削,所以具有很长的使用寿命。砂带使用一段时间后,磨粒开始破碎、开孔,但仍然具有很高的机械强度和长时间保持持续

  (4)第三涂层和特殊涂层砂带

第三涂层砂带是一种用于难加工材料的特殊砂带,又称超涂层砂带。如图1-5所示,它在底胶和覆胶的基础上增涂了第三层具有特殊用途的薄层物质,其化学成分通常是由卤族元素或硫元素形成的金属盐,这种砂带的特点是能够降低磨削温度、减小粘附和增加材料切除率。据报道,该涂层能在磨削点附近吸收大量热量来降低磨削温度,随之产生相变由固态转变为液态,并在磨粒表层形成薄薄的润滑膜,离开磨削区后液态金属盐又转变为固态。这种有自润滑效果的第三涂层具有如下功能:磨削温度低,防止工件烧伤;润滑膜降低磨料磨损,提高材料切除率。在难加工材料领域,德国VSM公司的SK840X 第三涂层强力砂带磨     削航空发动机TiAl4V 合金涡轮风扇叶片,既有效地避免了工件烧伤,又实现了难加工钛合金叶片的高效强力磨削。

 (5)无纺布砂带

无纺布砂带发明的目的是为了提高涂附磨具的磨削性能和加工质量。由于采用了不编织纤维基体,使磨粒能均匀地粘结在空间柔软的弹性纤维上(图1-6),具有加工零件表面一致性好、无暗纹以及砂带重量轻和抗撕裂性强等突出特点。德国VSM公司最新研制的KV707 砂带特有的柔韧性使其表面能很好地与工件型面贴合,尤其适用于不锈钢罐体和管材表面的精密磨削和抛光。

 (6)金刚石与CBN磨料砂带                      

金刚石和CBN 磨料砂带作为涂附磨具中的特殊成员,因其高硬度和优良的耐磨性在工程陶瓷、半导体玻璃等脆硬材料的精密和超精密加工中已取得初步应用。早期的金刚石、CNB 砂带几乎都通过镍或铬电镀在金属带基上制成。近年来,聚酯超强化薄膜的出现为基体来源开辟了一条全新的道路。如美国Abrasive Technology N.A 公司开发的DuragritTM 和PolyrezTM 金刚石砂带(图1-7),前者为金属基体,在加工玻璃、水晶和高档装饰材料时,磨削精度高且切除均匀;后者是基体柔软的树脂粘结剂类,最小可达3 500# 粒度,适合各类异型面的超精密磨削与抛光,如半导体硅晶片和天文用光学玻璃等。英国一家研究机构也通过多层沉积工艺制造出加工光学系统、磁头、半导体元件的电镀环状CBN 砂带。虽然金刚石和CBN 砂带成本昂贵,但它们是砂带向脆硬材料高精度高速发展的一个重要方向,今后有望从降低制造成本等方面来加快应用。


此文关键词:砂带

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