國內(nèi)外砂帶磨削技術(shù)及其應(yīng)用概況 時間：2022-08-18 砂帶磨削技術(shù)作為一種相對獨立而自然從體系的加工技術(shù)從它產(chǎn)生至今，經(jīng)歷了最初的手工粗磨拋光、半機(jī)械磨削到機(jī)械化、自適應(yīng)數(shù)字控制精密度或超精密加工的發(fā)展過程。特別近20年來，砂帶磨削技術(shù)得到了很大的發(fā)展，應(yīng)用越來越廣泛，早已超越了砂帶磨削產(chǎn)生之初所形成的只能用于初級加工的陳舊概念。隨著砂帶制造技術(shù)水平的不斷提高，以及新的高強度磨料的出現(xiàn)，砂帶磨削效率、磨削精度和砂帶使用的壽命得到了顯著的提高，使砂帶磨削技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展階段，其在現(xiàn)代天富平臺設(shè)備制造業(yè)中的重要作用日益顯現(xiàn)。目前，國內(nèi)外十分重視對砂帶磨削技術(shù)的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究，特別實在新型研究和工程應(yīng)用方面取得了非常明顯的進(jìn)步。 國外磨削技術(shù)及其應(yīng)用 目前國外砂帶磨削技術(shù)發(fā)展非常迅速，已達(dá)到相當(dāng)高的水平，特別是歐、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，在砂帶磨削技術(shù)研究及對砂帶、砂帶磨床的研發(fā)與工程應(yīng)用等方面成就顯著，推動了全球砂帶磨削技術(shù)的全面發(fā)展。 1.美國 美國在砂帶磨削方面起步最早，并做了大量開創(chuàng)性的工作，且一直走在世界前列。其幾大著名砂帶集團(tuán)（如3M、Carborundum、原Norton等公司）開發(fā)了多達(dá)數(shù)萬種不同規(guī)格和品種砂帶。近60家企業(yè)和公司向制造業(yè)提供了數(shù)百萬種型號的砂帶磨床。在美國，平均每4臺磨床中就有一臺砂帶磨床，足以說明其普及程度。比較著名的砂帶磨床制造廠家有森德斯特蘭（Sund-strand）機(jī)床公司，哈蒙德（Hamond）機(jī)械制造公司，希爾艾克姆（Hell Acme）公司，馬蒂遜機(jī)床廠，Emerson Electric公司以及Dynabrade公司等。所產(chǎn)生的砂帶磨床從大型傳送帶平面砂帶磨床、無心砂帶磨床、寬砂帶平面磨床直到微型手槍式砂帶機(jī)等，無所不有。3M公司還專門成立了CAM中心為使用砂帶磨削技術(shù)的用戶提供咨詢服務(wù)。 砂帶磨削在美國如此普及，與幾大砂帶制造集團(tuán)在研制開發(fā)新型高品質(zhì)砂帶方面取得成就有密切關(guān)系。3M公司開發(fā)成功的長壽命大切除率的鋯剛玉和陶瓷氧化鋁砂帶為大型載高效砂帶磨削提供了條件。而舉止薄膜研磨砂帶則為砂帶的精密和超精密磨削加工奠定了基礎(chǔ)，并廣泛的應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)等制造行業(yè)。 在高速磨削方面，美國也試制成功了100m/s高速砂帶磨床。隨著砂帶質(zhì)量的提高，通過改善機(jī)床結(jié)構(gòu)，增大功率，使砂帶磨床的金屬切除率大幅度提高成為可能，復(fù)合轉(zhuǎn)臺砂帶磨削在強力磨削方面早已有所突破，Emerson Electric公司利用砂帶強力磨削齒輪箱平面，一次加工鑄鐵件的余量為6.35mm，其產(chǎn)生效率比用端面銑刀銑削高達(dá)10倍。Sund-strand公司產(chǎn)生的一種安裝在直徑為1.73m的回轉(zhuǎn)工作臺及4個工件主軸的砂帶平面磨床，每小時可產(chǎn)生272Kg切屑。金屬切除率可達(dá)650cm3/(cm?min),單個磨頭磨削削功率達(dá)90KW。在美國芝加哥舉辦的國際機(jī)床博覽會上森德斯特蘭廠展出的立式砂帶磨床（四工位、粗、精磨削）加工38cm2鑄鐵缸蓋，金屬切除量達(dá)900Kg/h。每小時可磨200個缸蓋，加工尺寸精度可達(dá)0.03mm平面度可達(dá)0.01mm，砂帶壽命為8h。美國屋盧森機(jī)床公司生產(chǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)子同心度要求0.005mm，尺寸誤差要求為±0.012mm，用無心砂帶磨床加工，1h可完成200件。此外美國還把砂帶磨削應(yīng)用于汽車車身和發(fā)動機(jī)關(guān)鍵部件柔性制造的生產(chǎn)線上，其自動化程度已達(dá)相當(dāng)高的水平。 2.英國 英國在砂帶磨削技術(shù)的研究與應(yīng)用也比較早，早期對砂帶磨削性能的一些基礎(chǔ)研究很多都出自英國的一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，在工程應(yīng)用與天富平臺設(shè)備制造方面，除平面、外圓和萬能砂帶磨床外，還著重發(fā)展了輸送帶式砂帶磨床、內(nèi)圓砂帶磨床即渦輪葉片砂帶磨床。布魯克生產(chǎn)的內(nèi)圓砂帶磨床能對長達(dá)15mm，直徑為25~250mm的長管件內(nèi)孔進(jìn)行加工。英國的施利亞當(dāng)斯廠（Cyril-Adams）生產(chǎn)的窄渦輪葉片砂帶磨床和羅爾羅伊斯公司（Rolls-Royce）生產(chǎn)的渦輪葉片寬砂帶型面砂帶磨床都是國際上最早出現(xiàn)的曲面砂帶磨床的代表，其他還有懷特公司生產(chǎn)的TV型砂帶磨床，Belliot公司生產(chǎn)的Newall高壓砂帶磨床等。而SURTECH公司擁有的砂帶測試中心則是歐洲最大的砂帶實驗中心。 ? ? 3.德國 ? ? 從歷屆國際機(jī)床博覽會來看，德國的砂帶磨床廠商參展最為活躍。早在1981年第四屆EMO（歐洲國際機(jī)床博覽會）展覽會上，展出砂帶磨床的廠家共10家，德國就占6家，2007年9月在德國漢諾威舉辦的EMO展覽會上德國占20余家，且產(chǎn)品技術(shù)含量很高。如德國LORSER公司產(chǎn)生各種系列的砂帶磨床包括內(nèi)圓磨、外圓磨、轉(zhuǎn)臺磨等，德國Waldrich Coburg公司推出的RBS7-900型圓臺重負(fù)荷磨削機(jī)頭，格蘭富Greif公司的五頭無心外圓磨床、Tohannseu公司推出的SM300型高效強力砂帶磨床以及Metabo公司的CNC控制汽輪機(jī)葉片砂帶磨床、數(shù)控雙頭非圓星盆砂帶磨邊機(jī)床等。 德國的砂帶生產(chǎn)廠家主要有VSM公司、Hermes磨具工業(yè)公司、Klingspor金世博、菲德謬?yán)展?、舒瓦貝公司等等。VSM公司推出的高品質(zhì)陶瓷磨料砂帶，單條可以完成3000個高爾夫球桿的加工，性價比相當(dāng)高，該公司研制的KK系列堆積磨料砂帶是目前世界上在不銹鋼磨削、拋光加工中應(yīng)用最多的砂帶。此外，德國還研制了一種空心球磨粒砂帶（Hermesit abrasive belt）,加工進(jìn)度高達(dá)5μm，既保持了單層砂帶的柔性，又具有多層磨料砂帶壽命長的特點。 德國的砂帶磨削基礎(chǔ) 研究實力很強。以布勞格施韋格大學(xué)和阿亨工業(yè)大學(xué)為主的研究機(jī)構(gòu)，從20世紀(jì)到50年代初始至今一直致力于砂帶磨削的研究，發(fā)表了大量有關(guān)砂帶磨削機(jī)理的研究報告。 4.日本日本于1957年發(fā)展鋼鐵工業(yè)，曾連同軋制天富平臺設(shè)備引進(jìn)了砂帶磨床。到1968年日本全國僅寬砂帶磨床擁有400臺，主要分布于精軋鋼板、膠合板、木材、塑料制品等加工業(yè)中。在后來這40年內(nèi)無論是砂帶磨床還是砂帶研制方面都作了較深入的研究，并獲得了眾多成果，例如，日本研制出了兩種新型磨料涂附砂帶，即球形復(fù)合面磨粒砂帶和軟木復(fù)合磨料砂帶。 此外，日本京都大學(xué)精密工學(xué)研究所還研制出了一種電鍍金剛石金屬基砂帶磨削方法，它是將鍍有磨粒的金屬帶套在一個可隨轉(zhuǎn)動膨脹的橡膠輪上，用以對非晶態(tài)超導(dǎo)材料表面進(jìn)行精密加工。日本三菱公司還研制出了用于汽輪機(jī)葉片的多軸數(shù)控砂帶磨床。20世紀(jì)末日本利用電泳吸附現(xiàn)象成功研發(fā)了超微磨粒的砂帶磨削工藝，實現(xiàn)了十余個納米精度的脆硬硅片加工。 5.其他國家 多年來俄羅斯一直致力于發(fā)展葉片砂帶磨床，制造了不少機(jī)床。生產(chǎn)的廠家有：哈爾科夫機(jī)床廠、列寧格勒機(jī)床廠等廠家。它們研制了一種名為3″III-5型專用葉片仿形砂帶磨床，可磨削500mmX100mm的航空發(fā)動機(jī)葉片型面。 此外，法國、瑞士、荷蘭、瑞典、西班牙等國的砂帶磨床都有較快的進(jìn)展，法國圣戈班（Saint-Gobain）公司收購了美國三大砂帶集團(tuán)之一的諾頓（NORTON）公司后，成了世界上最著名的砂帶生產(chǎn)商之一；法國還研制了一種精密砂帶磨削裝置，據(jù)稱可獲得鏡面磨削的效果，并在把重載紙作為砂帶基材的研究方面，取得了突破性進(jìn)展；在2001年EMO展覽會上共有18家砂帶廠家參展。瑞士有名的ASEA早在1981年就開始把小型多關(guān)節(jié)型天富注冊使用于砂帶拋光機(jī)上，F(xiàn)arros公司產(chǎn)生的重型容器磨銼機(jī)用于核電高壓容器焊縫磨削。荷蘭、瑞典和西班牙在EMO展覽會上都有自己特色的砂帶磨床展出，如瑞典的寬砂帶去毛刺機(jī)，西班牙AutoPulit公司的大型壓力容器內(nèi)外壁整體拋光機(jī)等。 除此之外，澳大利亞、印度、韓國等國在砂帶磨削技術(shù)研究與天富平臺設(shè)備開發(fā)方面也都有各自的特色，并廣泛的將其應(yīng)用于本國制造業(yè)的各個領(lǐng)域。 6.國外砂帶制造形狀 近年來，常規(guī)砂帶在全球磨具消耗中占有很大比例，但隨著大量新材料的涌現(xiàn)和特定場合的需求，高品質(zhì)砂帶的使用逐年增加。目前國際上已研制出大量的新型砂帶，如陶瓷剛玉磨料砂帶、堆積磨料砂帶、金剛石砂帶、CBN砂帶等，他們總體上可以歸為三類:精細(xì)砂帶、重載強力砂帶、其他特殊類型砂帶。 堆積磨料砂帶、多層磨粒砂帶、無紡布基體砂帶、金剛石與CBN磨粒砂帶等都屬于精細(xì)砂帶。一般而言精細(xì)砂帶是指采用細(xì)粒度磨料制成的單層和多層砂帶，多用于材料表面的精密磨削、研磨和拋光。 重載強力砂帶的使用在歐洲、美國和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已形成規(guī)模。早期主要用于汽車零件部件和航空航天工程用超級合金和鈦合金等的高效強力磨削。后期則在冶金、化工、電力等行業(yè)逐步推廣使用。 這得益于美國Norton公司發(fā)明的切除率大、壽命長的鋯剛玉重載強力砂帶的應(yīng)用。1983年已Norton公司為代表的引晶凝膠專利SG和TG磨料，在砂帶強力磨削領(lǐng)域帶來了一場全新的技術(shù)革命。其后美國3M、德國VSM和日本Noritake等多家公司也相繼開發(fā)出新型陶瓷剛玉磨料砂帶。 第三圖層砂帶是一種用于難加工材料的特殊砂帶，又稱超圖層砂帶。它在底膠和復(fù)膠的基礎(chǔ)上曾涂了第三層具有特殊用途的薄層物質(zhì)，其化學(xué)成分通常是鹵族元素或硫元素所形成的金屬鹽，目的是為了降低磨削溫度、減小；黏附和增加材料切除率。用德國VSM公司的SK840X第三圖層強力砂帶磨削航空發(fā)動機(jī)TIA14V合金渦輪扇葉片，即有效的避免了工件的燒傷，又實現(xiàn)了難加工鈦合金葉片的高效強力磨削。 在木材加工領(lǐng)域，以減少砂帶堵塞和防止燒傷為主要目的地抗靜電砂帶技術(shù)，近年來也有很快的發(fā)展。韓國高麗于2005年推出的超寬幅復(fù)合基PC340抗靜電砂帶，通過聚酯纖維的處理減少了磨削過程中砂帶表面的靜電積聚，特別適合加工硬酯塑料、刨花板和膠合板。 為了進(jìn)一步延長砂帶使用壽命和擴(kuò)大加工范圍，國外有科研機(jī)構(gòu)通過同時改進(jìn)磨料性能、增加第三層涂層和優(yōu)化植砂工藝研制出Combi砂帶。它使用支撐性磨粒改善主磨粒在基材上的粘結(jié)強度，不僅具有第三層的特點，而且能進(jìn)一步提高磨削深度和增加材料切除率。 此外，在砂帶發(fā)展過程中還出現(xiàn)了混合磨料砂帶、混合粒度砂帶、疏密間隙砂帶、網(wǎng)格砂帶、立方碳化硼砂帶和砂繩等新形態(tài)。