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点击次数:  更新时间:2017-07-03  【打印此页

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砂带磨削技术作为一种相对独立而自然从体系的加工技术从它产生至今,经历了最初的手工粗磨抛光、半机械磨削到机械化、自适应数字控制精密度或超精密加工的发展过程。特别近20年来,砂带磨削技术得到了很大的发展,应用越来越广泛,早已超越了砂带磨削产生之初所形成的只能用于初级加工的陈旧概念。随着砂带制造技术水平的不断提高,以及新的高强度磨料的出现,砂带磨削效率、磨削精度和砂带使用的寿命得到了显著的提高,使砂带磨削技术进入了新的发展阶段,其在现代设备制造业中的重要作用日益显现。目前,国内外十分重视对砂带磨削技术的基础理论和应用研究,特别实在新型研究和工程应用方面取得了非常明显的进步。

国外磨削技术及其应用

目前国外砂带磨削技术发展非常迅速,已达到相当高的水平,特别是欧、美、日等工业发达国家和地区,在砂带磨削技术研究及对砂带、砂带磨床的研发与工程应用等方面成就显著,推动了全球砂带磨削技术的全面发展。

1.美国

美国在砂带磨削方面起步最早,并做了大量开创性的工作,且一直走在世界前列。其几大著名砂带集团(如3MCarborundum、原Norton等公司)开发了多达数万种不同规格和品种砂带。近60家企业和公司向制造业提供了数百万种型号的砂带磨床。在美国,平均每4台磨床中就有一台砂带磨床,足以说明其普及程度。比较著名的砂带磨床制造厂家有森德斯特兰(Sund-strand)机床公司,哈蒙德(Hamond)机械制造公司,希尔艾克姆(Hell Acme)公司,马蒂逊机床厂,Emerson Electric公司以及Dynabrade公司等。所产生的砂带磨床从大型传送带平面砂带磨床、无心砂带磨床、宽砂带平面磨床直到微型手枪式砂带机等,无所不有。3M公司还专门成立了CAM中心为使用砂带磨削技术的用户提供咨询服务。

砂带磨削在美国如此普及,与几大砂带制造集团在研制开发新型高品质砂带方面取得成就有密切关系。3M公司开发成功的长寿命大切除率的锆刚玉和陶瓷氧化铝砂带为大型载高效砂带磨削提供了条件。而举止薄膜研磨砂带则为砂带的精密和超精密磨削加工奠定了基础,并广泛的应用于汽车发动机等制造行业。

在高速磨削方面,美国也试制成功了100m/s高速砂带磨床。随着砂带质量的提高,通过改善机床结构,增大功率,使砂带磨床的金属切除率大幅度提高成为可能,复合转台砂带磨削在强力磨削方面早已有所突破,Emerson Electric公司利用砂带强力磨削齿轮箱平面,一次加工铸铁件的余量为6.35mm,其产生效率比用端面铣刀铣削高达10倍。Sund-strand公司产生的一种安装在直径为1.73m的回转工作台及4个工件主轴的砂带平面磨床,每小时可产生272Kg切屑。金属切除率可达650cm³/(cm·min),单个磨头磨削削功率达90KW。在美国芝加哥举办的国际机床博览会上森德斯特兰厂展出的立式砂带磨床(四工位、粗、精磨削)加工38cm²铸铁缸盖,金属切除量达900Kg/h。每小时可磨200个缸盖,加工尺寸精度可达0.03mm平面度可达0.01mm,砂带寿命为8h。美国屋卢森机床公司生产的电机转子同心度要求0.005mm,尺寸误差要求为±0.012mm,用无心砂带磨床加工,1h可完成200件。此外美国还把砂带磨削应用于汽车车身和发动机关键部件柔性制造的生产线上,其自动化程度已达相当高的水平。

2.英国

英国在砂带磨削技术的研究与应用也比较早,早期对砂带磨削性能的一些基础研究很多都出自英国的一些大学和研究机构,在工程应用与设备制造方面,除平面、外圆和万能砂带磨床外,还着重发展了输送带式砂带磨床、内圆砂带磨床即涡轮叶片砂带磨床。布鲁克生产的内圆砂带磨床能对长达15mm,直径为25~250mm的长管件内孔进行加工。英国的施利亚当斯厂(Cyril-Adams)生产的窄涡轮叶片砂带磨床和罗尔罗伊斯公司(Rolls-Royce)生产的涡轮叶片宽砂带型面砂带磨床都是国际上最早出现的曲面砂带磨床的代表,其他还有怀特公司生产的TV型砂带磨床,Belliot公司生产的Newall高压砂带磨床等。而SURTECH公司拥有的砂带测试中心则是欧洲最大的砂带实验中心。

    3.德国

    从历届国际机床博览会来看,德国的砂带磨床厂商参展最为活跃。早在1981年第四届EMO(欧洲国际机床博览会)展览会上,展出砂带磨床的厂家共10家,德国就占6家,2007年9月在德国汉诺威举办的EMO展览会上德国占20余家,且产品技术含量很高。如德国LORSER公司产生各种系列的砂带磨床包括内圆磨、外圆磨、转台磨等,德国Waldrich Coburg公司推出的RBS7-900型圆台重负荷磨削机头,格兰富Greif公司的五头无心外圆磨床、Tohannseu公司推出的SM300型高效强力砂带磨床以及Metabo公司的CNC控制汽轮机叶片砂带磨床、数控双头非圆星盆砂带磨边机床等。

德国的砂带生产厂家主要有VSM公司、Hermes磨具工业公司、Klingspor金世博、菲德谬勒公司、舒瓦贝公司等等。VSM公司推出的高品质陶瓷磨料砂带,单条可以完成3000个高尔夫球杆的加工,性价比相当高,该公司研制的KK系列堆积磨料砂带是目前世界上在不锈钢磨削、抛光加工中应用最多的砂带。此外,德国还研制了一种空心球磨粒砂带(Hermesit abrasive belt),加工进度高达5μm,既保持了单层砂带的柔性,又具有多层磨料砂带寿命长的特点。

德国的砂带磨削基础 研究实力很强。以布劳格施韦格大学和阿亨工业大学为主的研究机构,从20世纪到50年代初始至今一直致力于砂带磨削的研究,发表了大量有关砂带磨削机理的研究报告。

4.日本日本于1957年发展钢铁工业,曾连同轧制设备引进了砂带磨床。到1968年日本全国仅宽砂带磨床拥有400台,主要分布于精轧钢板、胶合板、木材、塑料制品等加工业中。在后来这40年内无论是砂带磨床还是砂带研制方面都作了较深入的研究,并获得了众多成果,例如,日本研制出了两种新型磨料涂附砂带,即球形复合面磨粒砂带和软木复合磨料砂带。

此外,日本京都大学精密工学研究所还研制出了一种电镀金刚石金属基砂带磨削方法,它是将镀有磨粒的金属带套在一个可随转动膨胀的橡胶轮上,用以对非晶态超导材料表面进行精密加工。日本三菱公司还研制出了用于汽轮机叶片的多轴数控砂带磨床。20世纪末日本利用电泳吸附现象成功研发了超微磨粒的砂带磨削工艺,实现了十余个纳米精度的脆硬硅片加工。

5.其他国家

多年来俄罗斯一直致力于发展叶片砂带磨床,制造了不少机床。生产的厂家有:哈尔科夫机床厂、列宁格勒机床厂等厂家。它们研制了一种名为3″III-5型专用叶片仿形砂带磨床,可磨削500mmX100mm的航空发动机叶片型面。

此外,法国、瑞士、荷兰、瑞典、西班牙等国的砂带磨床都有较快的进展,法国圣戈班(Saint-Gobain)公司收购了美国三大砂带集团之一的诺顿(NORTON)公司后,成了世界上最著名的砂带生产商之一;法国还研制了一种精密砂带磨削装置,据称可获得镜面磨削的效果,并在把重载纸作为砂带基材的研究方面,取得了突破性进展;在2001年EMO展览会上共有18家砂带厂家参展。瑞士有名的ASEA早在1981年就开始把小型多关节型机器人使用于砂带抛光机上,Farros公司产生的重型容器磨锉机用于核电高压容器焊缝磨削。荷兰、瑞典和西班牙在EMO展览会上都有自己特色的砂带磨床展出,如瑞典的宽砂带去毛刺机,西班牙AutoPulit公司的大型压力容器内外壁整体抛光机等。

除此之外,澳大利亚、印度、韩国等国在砂带磨削技术研究与设备开发方面也都有各自的特色,并广泛的将其应用于本国制造业的各个领域。

6.国外砂带制造形状

近年来,常规砂带在全球磨具消耗中占有很大比例,但随着大量新材料的涌现和特定场合的需求,高品质砂带的使用逐年增加。目前国际上已研制出大量的新型砂带,如陶瓷刚玉磨料砂带、堆积磨料砂带、金刚石砂带、CBN砂带等,他们总体上可以归为三类:精细砂带、重载强力砂带、其他特殊类型砂带。

堆积磨料砂带、多层磨粒砂带、无纺布基体砂带、金刚石与CBN磨粒砂带等都属于精细砂带。一般而言精细砂带是指采用细粒度磨料制成的单层和多层砂带,多用于材料表面的精密磨削、研磨和抛光。

重载强力砂带的使用在欧洲、美国和日本等工业发达国家已形成规模。早期主要用于汽车零件部件和航空航天工程用超级合金和钛合金等的高效强力磨削。后期则在冶金、化工、电力等行业逐步推广使用。 这得益于美国Norton公司发明的切除率大、寿命长的锆刚玉重载强力砂带的应用。1983年已Norton公司为代表的引晶凝胶专利SG和TG磨料,在砂带强力磨削领域带来了一场全新的技术革命。其后美国3M、德国VSM和日本Noritake等多家公司也相继开发出新型陶瓷刚玉磨料砂带。

第三图层砂带是一种用于难加工材料的特殊砂带,又称超图层砂带。它在底胶和复胶的基础上曾涂了第三层具有特殊用途的薄层物质,其化学成分通常是卤族元素或硫元素所形成的金属盐,目的是为了降低磨削温度、减小;黏附和增加材料切除率。用德国VSM公司的SK840X第三图层强力砂带磨削航空发动机TIA14V合金涡轮扇叶片,即有效的避免了工件的烧伤,又实现了难加工钛合金叶片的高效强力磨削。

在木材加工领域,以减少砂带堵塞和防止烧伤为主要目的地抗静电砂带技术,近年来也有很快的发展。韩国高丽于2005年推出的超宽幅复合基PC340抗静电砂带,通过聚酯纤维的处理减少了磨削过程中砂带表面的静电积聚,特别适合加工硬酯塑料、刨花板和胶合板。

为了进一步延长砂带使用寿命和扩大加工范围,国外有科研机构通过同时改进磨料性能、增加第三层涂层和优化植砂工艺研制出Combi砂带。它使用支撑性磨粒改善主磨粒在基材上的粘结强度,不仅具有第三层的特点,而且能进一步提高磨削深度和增加材料切除率。

此外,在砂带发展过程中还出现了混合磨料砂带、混合粒度砂带、疏密间隙砂带、网格砂带、立方碳化硼砂带和砂绳等新形态。

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