砂带磨削的机理及砂带磨损的探讨

一以乙九一年 热 � 期 土 海 第 二 � �巨 业 北 学 学 报 �� � � ! � � � �、 �� � � � 玉�人� � � �� � 〕 � � � � � � �工� �� ! �� � � � ��‘� � � 。 � � � � � 砂带磨削的机理及砂带磨损的探讨 龚 正 �机械 系� 提 要 木 文探计 了砂带磨 削的机理及砂带磨损过程 。 作者以磨粒切削刃 高度减少景 和后 面磨损率来描述砂带的磨损状态 , 说 明 了恒压 力磨削和恒切 入磨削的 两种砂 带失效 的判断方法 , 并介绍 了砂带的耐用度公式 。 关键词 砂带磨削 恒压力磨有� 恒切入磨削 砂带耐用度 � 月� 西 砂带磨削是一种对工件表面进行磨削和抛光的高效工艺方法。 由于砂带具有磨粒间隔 均匀、 等高性好 、 容屑空间大以及切削刃锋利和锋刃全 向外等优点 , 因此和砂 轮 磨 削 相 比, 具有下列特点 � � � 砂带磨削机床的效率高达 � � �一 �� , 其磨削工时比砂轮庶削缩短 �� � , 金 属 切 除率极高 , 具有较高的经济性 ��� 。 � � 砂带周长长 , 磨削时产生的热量易于发散 , 工件基本上保持在室温状态 , 即 使 不 川冷却液 , 也不会出现烧伤和裂纹 , 且加工变质层薄 , 表面质量好 。 � � 砂带磨削属弹性磨削 , 切削力小 , 工件变形小 , 加工系统稳定性好 , 适宜于 磨 削 刚性较小的轴或抛光薄壁零件。 表面粗糙度 , 一般可低至 � � � � � �� 川 。 � � 砂带磨削机床结构简单 , 砂带不需动平衡 , 更换简便 , 准备时间短。 � � 砂带磨削适用范围广, 可用于平面 、 外园 、 内孔及复杂形面的磨削 。 然而 , 砂带在磨削期内 , 对金属的磨削特性有相当大的变化 , 影响加工精度 的 稳 定 性 , 一般认为砂带的磨损是个重要原因 。 因此 , 为 了更有效地应用砂带磨削和合理地发展 砂带磨削 , 对砂带 ‘磨削机理进行研究和探讨 , 具有十分重要的意义 。 � 砂带磨削机理 � � � 磨削机理模型 假定把砂带上新的磨粒视为 园锥形 , 经磨损后成为园台形 , 而砂带就是这些磨粒的集 合。 在单个磨粒上作用着切削力分虽 �。。、 �� 。 和摩擦力分最 �� �、 � � 、, 则每个微刃上各作用 本文 �”� 年 � 月 � 日收到 那 上 海 第 二 一厂 业 大 学 学 报 力的总和 , 就是磨削中的法向力 �� 和切向力 � � , 即 � � � 叭年 第 � 期 �� “多““翌几 十茎几 “”�� � �� � �� � “万� , “ 乞� , 。 � 乏� � , “ �� 气� 一卜�� ·、 ’ �� � 式中 , 磨削阻力 � 的切削分量 �� 。和 几 � , 是作用在磨粒切削刃前面的分量 � 而摩擦分 最 凡 � 和 ��� , 是作用在切削刃后面的分量 。 若单个磨粒的比磨削阻力为 �� , 磨粒的平均切屑断面积为 � 。 , 则单个磨粒的切 向 切 削分量是 � � �。 � � � � � 对于单位面积上具有 � 个有效切削刃时 , 显然切向切削分量为 � �� � � �� �, 。 “ � � �� � �� � 当 � 二 � � 时的比磨削阻力 , 称为比磨削阻力常数 , 以 � 。表示之 。 由实验可知 , 不同的 切 屑断面积 , 比磨削阻力和比磨削阻力常数有如下关系 工��。 即 � � � � �石‘� �� � 式中的 � , 与磨粒的粒度有关 , 称为尺寸效应指数。 于是切向切削分量 � �� � � � � 。 �盆‘ 而法向切削分量 � ��� “ ��� � � 式中的 � , 称为切削分力 比, 它与等效园锥磨粒切削刃半顶角 面的摩擦角 日有关 �“� 。 �� � � 以及切屑和磨粒切削刃 前 � � � � �‘凡� ·令 � � “” � 日, �� � 设 磨粒切削刃后面和工件间的接触面压力为几 , 砂带后 面磨损率为袱 � 即磨损平面 与砂带单位表面积的百分比 �, 则法 向摩擦分量 � 凡� 二 勺�� ��� 又 磨粒切削刃后面和工件间的摩擦系数定义为 工“� 。 协� 几��凡 � �� � ��������� 之之卜卜��������� ����� 卜卜����������� ��� ��������������������������������� 月月月��� 《《,,,,一一可了� � � � 一一 � 一一 �������� — � �一一一一 一一, �————————————����� 】】 ��� 古 口刀 ������������������ ������� ����������肠肠������������������ 卜 � ��� ,,,, ��� ������� ,, 一—一一 ‘‘‘ 氏� ��� 矿 � , 图 革 工件材质和分力比 �。 的关系 � � � 各有关系教的确定 ��� 切削分力比 � 在磨削初期 , 磨粒切削刃还 未 形 成 后 面 , 可忽略作用于后面的 分 力 ��� 和 �� , 因此 � 值可近似地以磨削初期分 力 比 �。 二 � � � �� 来替代。 图 � 所示 , 为恒压力磨削时 � � 的实测值 �“� 。 如果磨粒粒度 、 工件材料 、 切削速度 � 等不变 , 则 �。 大致保持定值 , 这是因 为 磨 粒的半顶角 � 由磨粒的几何形状所决定 。 在 单粒园锥模型磨削实验中 , 磨粒半顶 角 � 二 �� “一 �� 。 , 分力 比 �。大 致 保 持 定 值, 约 砂带磨削的机理及砂带磨损的探讨 � 。 � 。 �� � 在磨粒粒度相同的场合 , � 。随工件的材质 、 ‘ 硬度和切削速度等因素而变 化 , 这 是 由 于切屑与前面的磨擦角 日的影响造成的。 使用同一粒度的砂带 , � 值 按 黄 铜 、 钢 、 不 锈 钢 、 铜的顺序依次增大 �见图 � � 。 对于结构碳素钢 , 硬度低者 � 值大 � 磨削速度越慢 � 值 越大。 对于同一粒度砂带 , � 值大 , 日小 , 意味着磨粒前面消耗的摩擦能量少 , 切屑 呈 挤 裂型 , 同时处于掘起状态 。 关于磨粒粒度 , 当磨粒粒径越小 , 磨粒切削刃顶端的曲率半径 越小 , 等效园锥半顶角 � 也变小 , 而 � 值越大。 此外 , 由工件材质和切削速 度 决 定 的 日 值, 也影响 � 值 。 �� � 尺寸效应指数 。 恒压力磨削时 , 设工件进给速度为 � , 磨削速度为� , 由 � � �� �� 得到 � � 二 �� � � � � �� � 由式 �� � 、 ��� 和切削分力比�的关系 , 得到 ��� � 借� 。、�手�‘一 ‘ �� � 设 磨削初期的压力载荷为 �� , 和 �� � , 相应的工件进给速度为 � � 和 � � , 并考虑 到 磨削初期的 � � 士��� , � � 士� � � , 那末由式�� �即可导得 � � �� � 一 � � ��� � � �� , � �� �� � � � � � �� � � 因此 , 只要测出磨削初期的压力载荷和进给速度 , 可由上式算出尺寸效应指数 。来。 �� � 比磨削阻力 � � 在磨削初期 , 如实测 � � 和 � , 则由式�� � 、 ��� 得到 � � � � � , � · � � � 砂轮磨削的 � � 为 � � �� 毛� � � � � ‘� ���� � , 一般切削的’ � � 为 �� “� � � �� “� ���� � , 砂带磨削的� �在两者之间。据测定 , 砂带磨削 � 二 远比砂轮磨削时大 , 因此砂带磨 削 � � 值比砂轮 磨削时小得多 。 实验显示 , 压力载荷 �、 和粒径越小 , � � 值越大内 。 把预先求得的尺寸效应指数 � 和 � � 代入式�� � , 即可计算比磨削阻力常数 �� �� 磨粒切削刃后 面和工件间的接触面压力 � � 对恒压力磨削 , 理论上如测定极限后面 磨损率 几 ��工件进给速度 � 为零的瞬间后面 磨损率� , � 二 可用下式计算 � 叫 � � 二 ��� � � � �� � � 但是 , 由于磨粒切削刃和工件间的滑动 摩擦与发热引起材料的塑性流动 , 使 � 不能 完全达到零 , 所以实际上需同时观察加工面 的状态 , 是否发生烧伤 , 毛刺等来推定”。� 。 图 � 所示为 爪 , 的测定值 �“� 。 由图可见 , 爪� 与 压力载荷成线性关系 。 ��� 磨粒切削刃后面和工件间的摩擦系数 拼 切切目恨疚����� ��� � �尸尸 ��� � 帐帐帐帐帐帐帐帐帐 一一 . 27 飞 一一一 /// ///... 于8 叭叭叭叭叭lll lllllllll ,, ZZZZZZZZZ 稗稗 /// }}}}}}}}}}} (欲)‘户 瓜(叭况, 图 2 极限后面磨损率爪r 工 业 大 学 学 报29 上 海 第 二 工 1992年 第 z 期 通过恒切入磨削实验可知 , 卜= F此/FNs 。 如这种磨削方式的工件进 给速 度 S 保 持 定 值 , 则 凡。和 FT。 也保持一定。 因此 , 协可根据式(7), 用 凡 和 FT对磨削时间的变化率之 比来求得: dF , · / d F 、 协= 一二 ‘ - ~ / ~ , 丁. ~U t / U 七 ( 1 2 ) 另外, 协受·到接触面压力 、 按触面粗糙度 、 工件材质及润滑等其他因素的综合影 响, 约为 0 , 4 玉“l 一J月3 砂带的磨损机理 用金相显微镜观察 , 砂带的磨损过程可 区分为切削刃高度急速减少的初期磨损阶段和 切削刃高度减少速度基本稳定的定常磨损阶段 。 为了定量地表示砂带磨损 , 引入切削刃高 一一一一 曰口...一一‘创口口口尸洲尸洲洲户声训沪沪 了了了了了了一才-------ZZZ口口口口口口口口口口口口口口口口口口口555夕夕 ZZZZZZZ 一一一;;;撒十一娜瓤碱----- 乙(冲 图 3 切削刃高度减量。和磨削距离L间关系 度减少量 “ 6 ”这~ 参数 。 6 既是直接影响尺寸 精度的重要因子, 文可 以比较简单地加以测 定。 在磨削机理模型的基础上 , 作为 6 的函 数 , 就可以知道后面磨损率、 磨削率、 磨削 阻力等其它重要参数。 3 . 1 砂带的磨损过程 图 3 所示为切削刃高度减少量 。和磨削 距离L 之间的关系 , 它描述了砂带的磨损过 程 ￡“] 。 图中把定常磨损直线和纵轴的交点定 义为切削刃高度的初期磨损量 饥。 静电植砂使大多数磨粒排列整齐 , 用描 迹法及 电子光学 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 法对表层形貌的检查表明 , 磨粒顶部的分布是不等高的 。当磨削开 始 时 , 只有高出于容屑空间的少数磨粒参加切削(即单位面积上有效切削刃数 目小) , 从而引 起少量磨粒过载 , 在切削刃顶端发生崩刃 、 破裂或脱落。 此时在砂带工作面上 , 可以观察 到许多具有破碎面的切削刃 , 几乎并不形成后面 。 这就是以切削刃破碎为主的初期磨损阶 段。 这一阶段切削刃高度的急剧减少 , 将使磨粒的有效轮廓高度减少50 % 以上 。 在磨粒完全磨损以前卜 磨削时间越长 , 实际切削刃越多 , 作用在每一磨粒上 的 力 越 小 , 磨损量大为减少。 此时即进入以切削刃磨低为 主的定常磨损阶段。 在这一阶段内, 相 对于磨削距离的切削刃高.度减小速度大致不变 , 磨损量 比初期磨损小得多 , 磨削时间为整 个磨削的大部分 。 如把每单位距离的切削刃高度减少量定义为切削刃高度减少率 w : , 则在 定常磨损阶段内, 巩 大致是个定值, 因为切削刃后面和工件接触面压力 P 口 是一定的。 3 . 2 」 有效磨社磨损愉况下的磨削特征 厂 通常以后面磨损率”表示磨粒切削刃磨损状态的指标 , 因为 : 直接影响磨削 特 性 , 可 推定砂带的磨削能力 。 但是 , 测量后面磨损率并非易事 , 而根据切削刃高度减少量和磨粒 切削刃形状来间接了解切削刃的 。比较方便(见图4)。 从切削刃的形状和分布, 可以 知道 ”和6之间的关系 。 假定切削刃不会由粘结剂上脱落 , 切削刃是顶角为 20 的园台, 则 后 面 磨损率”可用切削刃高度减少量 。的函数来表示工叭 沙带磨削的机理及砂带磨损的探讨 六 五* \抓 一!\ .知肖J习高交{七 减少量 !!!, ! ’’ zzz · 一 111 磨埙平面 汤面) 卿糊赞 图 4 砂带的结构模型 。 = 李毛6 , t a n , a诊 ( 1 3 ) 式中的琶为切削刃均匀分布常数 , 它取决于磨粒切削刃的分布模式 。 切削刃高度减少量 6 , 由初期磨损量 。。 和定常磨损量 。:组成 。 但是在初期磨损阶 段 , 磨损 己。 后 , 也不会相应地形成相当于 6 。 的后面 , 因此提出了以适用于式(13)的实际 初 期 磨损量 。。来代替 氏。 由实验可知 , 6 近似地与 FN或 S 成正比 , 除了 F 、或 S 较小 或 磨 粒 粒度较细的情况外 , 己。一般比 。。 小。 随着砂带的磨损 , 磨削率 G 下降。 G 的定义为单位时间内 , 在单位面积上所 切 除 的 工件坯料体积 , 代表着工件坯料的磨除速率 。 由式(1 )、 (4 ) 、 ( 5 ) 、 ( 的 、 ( 1 1 ) 可以推导得 ”和磨削率 G 之间存在下列关系: G = 。。v m 二 v { {落 , 斗In~ JCPm(n erKol才 (14 ) 己和磨削时间 t之间的函数关系为: 6 = 60+ W LV qt 式中的 q 为工件和砂带间接触弧长度/砂带周长 。 磨削率 G 和磨削时间 t之间的关系 , 由式 (11) 、 ( 1 5 ) ( 1 3 ) 、 ( 1 选)和 (15 )导出下式〔3 1 : G = v { K om 已 F N 一警p二“‘a n Z”‘6 。 + 巩vq‘户〕} (16) 恒压力磨削的初期 , 磨削率与压力载荷、 磨削速度成比例 , 而粒度对它的 影 响不 明 显 。 然而 , 磨削率随着时间的增加而急剧减小 , 压力载荷越大 , 它减小越快 。 初期磨损对 磨削率的影响很大 , 当磨削率趋近于零的某一定值时 , 可观察到磨削面因烧伤和材料灼热 引起起的塑性流动 , 不能再进行正常磨削。 只有当压力载荷在 10 N /c m “ 以下和工 件 硬 度 较低时 , 在实验中才能清楚地区分初期 、 定常 、 终期三个阶段的磨削率变化 。 此外 , 磨削 液和接触轮对磨削率也有很大影响。 4 一 砂带耐用度和最佳切削条件 为了延长砂带耐用度和增大其积累磨削量 , 在考虑生产率、 加工成本 、 加工精度的同 时, ‘ 决定最佳磨削方式 、 磨削条件及砂带更换期等 , 就必须研究磨损和磨削机理 。 今, 1 砂带耐用度的确定 叨 上 海 第 二 工 业 大 字 学 报 1991年 第 1 期 由式(15)可得到砂带的耐用度: t二; , e = 己一if。 一 6 。 ( 1 7 ) W L V q 式中的 6L:;.为砂带达到其耐用度时的磨粒切削刃磨损高度 。 式(17) 中 , 比一般刀具的 T ay lor 耐用度方程式多引入了实际初期磨损量一项 。 因此 , 在粒度较细 , 压力载荷 FN和进给速度 S 较小的范围内 , 初期磨损量 6。视为零时 , 该式 和 Ta yl or 耐用度方程式相同。 ( l) 恒压力磨削的砂带耐用度 当法向力 FN保持恒定时 , 磨削率 G 随砂带的磨损而 迅速降低 。 因此 , 规定从开始磨 削到磨削率近似为零时所用的时间称为它的 耐 用 度。 由式(16) , 当 G 二 o 时 , 即可推 得 恒压力磨削的砂带耐用度 t:;, 。 的公式: tlir.二 3 F : 兀P 二乙协n 28 一 6 0 ( 1 8 ) 叼丫一 W LVq (2) 恒切入磨削的砂带耐用度 恒切入磨削时的磨削阻力随砂带的磨损而增大 , 在磨削阻力两个分力巧 、 F T 中 , 直接 受后 面磨损率影响的是法向分力 FN, 因此用 FN来判定耐用度 。 恒切入磨削状态下的耐 用 度 , 定义为法向分力 FN 达到砂带耐用度法向分力 巧 , ; ; 。 时所用 的 时 间。 F N ; ; , 。 受 砂带 强 度 、 驱动 电机功率等因素限制。 由式 (6)、 ( 9 ) 、 ( 1 3 ) 可知: F一;一 F一 + F一巡黔(令)‘一“ + 晋pm“6 :{, . , “n Z” ( 1 9 ) 由上式 , 可得到恒切入磨削状态下 , 砂带达到耐用度时的磨粒切削刃磨损高度: 6一;:。 == F N ; , , 。 一禁(导)‘一“了 北万p 二邑tonZa 以所得的O , ; , 。 代入式(17)即可推得恒切入磨削时的耐用度 t:;, . : ( 2 0 ) 、、. 1 2 O6一 伶Nlife一 Co耐 要P。 : t . n : o0 ”国卜矛声口v t l ; , 。 == 一卫‘~ W L入 从上述二种磨削状态的耐用度方程式(18)、 ( 20 ) 可知, 砂带耐用度可用式(17)统一表 4.2 附用度期内的积累磨削t 及最佳磨削条件 恒压力磨削时 , 一定磨削时间 t内的积累磨削量 v 。, 可由式 (16 )积分求得 咧: v 一{;G dt (21) 恒切入磨削时的积累磨削量 v 。的增加 , 与磨削时间t成正比 , 所以耐用度期内的积 累磨削量 v GI;:。, 由下式计算; 砂带磨削的机理及砂带磨损的探讨 开由 V Gli;。 二 G t lif. ( 2 2 ) 由式(21)理论计算的结果如图5 所示 Is1 。 由图中可见 , 恒压力磨削时 , 当 载 荷 FN 始增加时 , 耐用度期内的积累磨削量 v G:;, . 很快增加 。 当达到最大值后 , 又迅速减 少 。 匆20汤128平 ;专沪且做多 此可见 , 存在一个耐用度期内积累磨削量最 大的最佳 FN值 , 磨粒越细 , 其值 越大 。 之 外还存在着最佳磨粒粒度 、 最佳 磨 削速 度 等。 同理 , 恒切入磨削时也存在一系列参数 的最佳值 。 由于二种磨削方式的 t:;二, 都与砂带 的 磨损过程密切相关 , 从而也给 v二;.以重 大 影响。 所以工件 、 接触轮的橡胶硬度和轮齿 形状奋‘磨削液等工况条件对 V G;:, . 影响也 很 大 。 显然 , 这里也提出了一个最佳工况条件 的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 这说明寻求最佳工艺参数的匹配和 。一茄一石一 痴 加 /品 ’ /汤 脚 品了州伽艺沙 图 ‘ 5 恒庄力磨削耐用度期内的积累磨削量 最佳工况条件的组合, 对提高砂带磨削的生产率 、 降低生产成本 、 提高加工精度等, 是极 有意义的, 而砂带的磨损和磨削机理为此提供了理论依据 。 参 考 文 献 仁幻 砂带磨削技术 。 机 械制造 , 1 9 8 7 。 7 〔2〕 B elt G rind in ‘。A n n a l s o f t五e C IR P , 1 9 5 6 〔3〕 研削仗户 卜O 摩耗 匕研削特性 。精 密机械 , 1 叮盛。 g 〔幻 用砂带磨削合金钢薄板的试验研究 。 上海第二工业大学学报 , 1 9 8 3 〔幻 叹沙 卜研削l乙才粗付为加工条件O 选定 。 精 密机械 。 1 9 74 。 5 上 海 第 二 土 业 大 学 学 报 1。。1年 第z期 A P proa c h t o th e M e e h a n is m o f B e lt G rin d in g a n d th e B e !t W 6 a r .nA G on g Z h on g (D eP artm en t o f M eeh an ieal E ng in eerin g) A bstra et T h is Pa Per d ea ls T h e a u th or d escr ibes edg e h eigh ts an d th e erit时ia fo r eoll sta ll t w ith th e m ech an ism of belt g rin d in g 终d its w earrhe bejt w ear in t户rm s o f th e r ed u e ti叻 , o f 」 g r a i n w e a r r a t e o f t h e e l e a r a n e e f a e e o f g r a i n s . T h e b e l t P r o c e S S , c u t t i n g 产‘ 五 f 娜ilu re P r e s su re g rin d in g a n d eo n s ta n t fee d g r in d 切9 are resP ee- tiv ely Prov id ed b elt一 l i f e . K e y w o r d s . F i n a l ly , t h e a u t h o r i n t r u d u e e s t h e e q u a t i o n f o r e s t i ma t i n g t h e b e l t g r i n d i n g c o n s t a n t p r e s s ur e g r i n d i n g e o n s t a n t f e e d g r i n d i n g g r i n d i n g b e l t l i f e