砂帶磨削

.砂帶磨削的加工機理：

砂帶磨削是砂帶這一特殊形式的磨削工具，藉助於張緊機構使之張緊，和驅動輪使之高速運動，並在一定壓力作用下，使砂帶與工件表面接觸以實現磨削加工的整個過程。

廣義地講，砂帶磨削與砂輪磨削同樣都是高速運動的“微刃切削刀具”――磨粒的微量切削而形成的累積效應，因而其磨削機理大致上也是相同的。但由於砂帶本身的構成特點和使用方式不同，使砂帶磨削不論是在磨削加工機理方面，還是其綜合磨削性能方面都有別於砂輪磨削，這主要表現在：

1、砂輪磨削是剛性接觸磨削，而砂帶磨削則是彈性接觸磨削，而且即使是在使用無彈性的鋼製接觸輪的情況時也是如此，因為組成砂帶的基材、粘結劑都具有一定的彈性，更何況大多數情況下都採用有彈性的橡膠作接觸輪。

正因為如此，砂帶磨削除了具有砂輪同樣的滑擦、耕犁和切削作用外，還有磨粒對工件表面的擠壓作用，並使之產生塑性變形、冷硬層變化和表層撕裂，以及由於摩擦使接觸點溫度升高，而引起的熱塑性流動等綜合作用。所以，從這點來看，砂帶磨削同時具有磨削、研磨和拋光的多重作用。而這也正是砂帶磨削表面質量好的原因。

另一方面，由於砂帶的這種彈性磨削特點，還使砂帶在磨削區域內與工件接觸的長度比砂輪大，同時參加磨削的磨粒數目多，單顆磨粒所受載荷小，且均勻，磨粒破損小。而使整個砂帶的磨耗比(磨削材料去除量與砂帶磨粒消耗量之比稱為磨削比，而磨削比的倒數就稱為磨耗比)比砂輪要小得多。

2、砂輪的磨粒在磨削表面上的分佈是雜亂無章的，很不規則，實際磨削時，磨粒都是以較大的負前角、小后角甚至負后角的刃口進行切削，切削條件很惡劣。砂帶則不同，砂帶的磨料是專門製造的，磨粒的幾何形狀常呈長三角體，並多採用靜電植砂等一系列先進工藝製作，磨粒的大小和分佈均勻，等高性好，並且是尖刃朝外的形式植於砂帶基材表面上，露出復膠層的部分較多。因而，砂帶的磨粒比砂輪的磨粒鋒利，切削條件較好，磨削時材料變形小，切除率高，磨削力和隨之產生的磨削熱小，磨削溫度低。

3、砂輪磨粒間充滿了結合劑，容屑空間很小。而砂帶磨粒間容屑空間一般至少比砂輪大10倍，加之磨粒等高性好，因而砂帶磨粒的有效切削麵積大，切削能力比砂輪強，並且磨屑可隨時直接帶走，很少殘留在砂帶表面造成堵塞，而不會由此增加摩擦發熱，磨削區域溫度低。

4、砂帶的周長從設計角度來看，可以遠遠超過砂輪的周長，這就使得砂帶在磨削時既有良好的散熱區域，又可以通過砂帶的懸空部分〈即不與接觸輪、張緊輪、壓磨板等接觸的部分〉在運行時的振蕩，將粘在砂帶上的磨屑自然抖掉，進一步減少磨粒被填塞的現象，從而減少摩擦發熱，這也是砂帶磨削溫度低的一個原因。

由此可見，砂帶磨削的加工機理是同於砂輪磨削又有別於砂輪磨削的一種更為複雜的形式，這是分析了解砂帶磨削機理的理論基礎和根本出發點。

2.單顆磨粒的磨削過程

砂帶磨削是由大量的垂直定向排列在砂帶表面的磨粒切刃來完成的。每個磨粒均可近似看作一把微型刀具，因而研究這些單顆磨粒的磨削過程是研究整個砂帶磨削的基礎。

砂帶表面的磨粒從微觀來看，就象一種刀尖為圓弧，刃角為鈍角或鈍圓的切削刀具。其圓弧半徑由幾微米到幾十微米，大小與磨粒的材質和粒度有關。由於磨粒的這種幾何特性，在磨削時，切削深度小（切屑厚度薄)，一般在O.005～0.05mm左右。所以絕大多數磨粒切削刃是在大負前角條件下對工件進行切削。這與機床刀具切削過程一樣，工件材料在磨粒切削刃的擠壓、摩擦作用下產生變形轉為切屑，形成加工表面。砂帶的彈性接觸特徵使磨粒切削刃的切削過程大致可以分為擠壓、滑擦、耕犁、切削四個階段，如圖所示。最初磨粒擠入工件，由於切入深度小於磨粒刃尖圓弧半徑，形成很大的負前角，工件表面僅發生彈性變形。隨著切入深度增大，磨粒對工件表面的壓力逐漸增大，開始壓入工件，工件表面由彈性變形開始過度到塑性變形。磨粒繼續擠壓，摩擦加劇，熱應力劇增，在工件表面耕犁出溝痕，溝痕兩邊金屬滑移隆起突出。工件材料塑性變形不斷增加。當切入深度繼續增加時，被推擠的金屬層明顯滑移。推擠壓力超過工件材料強度后形成切屑從前刀面流出，切離工件表面。加工材料不間，磨粒切削過程四個階段在整個磨削過程中所佔比例也不一樣。

磨削過程是磨粒切削刃切削金屬的過程，它同機床刀具切削一樣，被磨削金屬也經歷了彈性變形、塑性變形、切削形成等過程，並有大量的磨削力和磨削熱產生。磨削過程中由於磨粒形狀及分佈狀態不一，砂帶表面的磨粒存在實際參加磨削的有效磨粒少於其磨粒總數的情況。因而同一時間內磨粒對金屬的擠壓、滑擦、耕犁和切削作用的大小不同，所得到的效果亦不同。甚至同一顆磨粒的不同部位以及同一部位在不同的加工時間裡所起的作用也不同，可見砂帶的磨削是十分複雜的。特別是磨粒切刃的負前角切削過程，切削條件很差，各階段的劇烈擠壓使磨削表面產生嚴重的塑性變形，而且大量塑性變形的金屬不是成為切屑流出，而是仍保留在已加工表面，所以加工表面的硬化現象嚴重，殘餘應力較大。由於磨粒的高速運動，加之磨粒切刃較鈍，在磨削區造成較大的摩擦和彈性、塑性變形，磨削過程中會有較大的熱量產生，導致磨削區工件表面溫度上升，將引起工件表面層發生變化。特別是在砂帶磨粒磨損嚴重時，磨削摩擦加劇，產生大量的磨削熱，使工件表層溫度急劇上升，導致表層金屬發生組織變化〈如燒傷、裂紋、熱應力等)。這也正是為什麼使用砂帶磨削有時仍會燒傷工件表面的一個原因。從微型刀具―― 磨粒的幾何結構看，其負前角大，后角小，特別是砂帶彈性磨削這一特點使磨粒在磨削時對工件產生的擠壓作用很強，遠遠大於切屑分離時的拉伸作用。在磨削垂直方向上，磨粒兩側的金屬都受到較強烈的擠壓，所以導致較大的殘餘壓縮應力形成。此外，工件表面在磨粒擠壓，滑擦，耕犁等綜合作用下，產生的塑性形變會引起晶格歪曲、畸變、金屬密度降低、比容增加，也會形成表面殘餘壓應力，下層形成拉應力。所以綜合以上分析可知，砂帶在磨削時，磨削力及塑變因素引起工件表面常常呈殘餘壓應力。這對零一些可靠性要求很高的零件加工(如飛機葉片、發電機轉軸等)是極其重要的。

所以，歸納起來，砂帶磨削的機理可以這樣總結：由於砂帶表面磨粒分佈均勻、等高性好、尖刃外露、切刃鋒利，切削條件比砂輪磨粒好，使得砂帶磨削過程中，磨粒的耕犁和切削作用大，因而材料切除率大、效率高。

由於砂帶的彈性接觸狀態，使得砂帶磨粒對工件表面材料的擠壓和滑擦作用大，因而磨粒有很強的研磨、拋光作用，磨削表面質量好。

由於砂帶磨粒容屑空間大，磨屑堵塞造成摩擦加劇的可能性減少，由此產生的熱量少；由於砂帶與工件接觸弧長較大，單顆磨粒受力較小而且均勻；砂帶磨粒切刃鋒利，磨削時材料變形小，所產生的熱量相應也小，再加上砂帶周長長，散熱性好，因而砂帶在整個磨削過程中產生的磨削力和產生的磨削熱相對於砂輪來說就低得多，磨削溫度低，故有“冷態”磨削之稱。