砂带磨削技术及其应用
砂带磨削是一种高效、经济、用途广泛，并有“万能磨削”之称的新型磨削工艺。在现代工业中，砂带磨削技术已被当作是与砂轮磨削同等重要的一种不可缺少的加工方法。在工业发达国家，砂带磨削应用已十分普遍，各种高精度、高效率、自动化程度很高的砂带磨床被广泛应用于航天、航空、舰船、汽车、冶金、化工及能源设备等制造行业，并成为国际上名牌机床公司竞争的一个领域。下面具体介绍一下砂带磨削的基本原理和实际应用情况：一、 砂带磨削原理
1.砂带磨削方法
砂带磨削是砂带这一特殊形式的涂附磨具，借助于张紧机构使之张紧，和驱动轮使之高速运动，并在一定压力作用下，使砂带与工件表面接触以实现磨削加工的整个过程。
图1 砂带磨削示意 图2 砂带磨粒加工表面成型原理
广义地讲,砂带磨削与砂轮磨削同样都是高速运动的“微刃切削刀具”――磨粒的微量切削而形成的累积效应，因而其磨削机理大致上也是相同的。但由于砂带本身的构成特点和使用方式不同，使砂带磨削不论是在磨削加工机理方面，还是其综合磨削性能方面都有别于砂轮磨削，这主要表现在：
1)砂轮磨削是刚性接触磨削，而砂带磨削则是弹性接触磨削，而且即使是在使用无弹性的钢制接触轮的情况时也是如此，因为组成砂带的基材、粘结剂都具有一定的弹性，更何况大多数情况下都采用有弹性的橡胶作接触轮。
正因为如此，砂带磨削除了具有砂轮同样的滑擦、耕犁和切削作用外，还有磨粒对工件表面的挤压作用，并使之产生塑性变形、冷硬层变化和表层撕裂，以及由于摩擦使接触点温度升高，而引起的热塑性流动等综合作用。所以，从这点来看，砂带磨削同时具有磨削、研磨和抛光的多重作用。而这也正是砂带磨削表面质量好的原因。
另一方面，由于砂带的这种弹性磨削特点，还使砂带在磨削区域内与工件接触的长度比砂轮大，同时参加磨削的磨粒数目多，单颗磨粒所受载荷小，且均匀，磨粒破损小。而使整个砂带的磨耗比(磨削材料去除量与砂带磨粒消耗量之比称为磨削比，而磨削比的倒数就称为磨耗比)比砂轮要小得多。
2)砂轮的磨粒在磨削表面上的分布是杂乱无章的，很不规则，实际磨削时，磨粒都是以较大的负前角、小后角甚至负后角的刃口进行切削，切削条件很恶劣。砂带则不同，砂带的磨料是专门制造的，磨粒的几何形状常呈长三角体，并多采用静电植砂等一系列先进工艺制作，磨粒的大小和分布均匀，等高性好，并且是尖刃朝外的形式植于砂带基材表面上，露出复胶层的部分较多。因而，砂带的磨粒比砂轮的磨粒锋利，切削条件较好，磨削时材料变形小，切除率高，磨削力和随之产生的磨削热小，磨削温度低。
3)砂轮磨粒间充满了结合剂，容屑空间很小。而砂带磨粒间容屑空间一般至少比砂轮大10倍，加之磨粒等高性好，因而砂带磨粒的有效切削面积大，切削能力比砂轮强，并且磨屑可随时直接带走，很少残留在砂带表面造成堵塞，而不会由此增加摩擦发热，磨削区域温度低。
4）砂带的周长从设计角度来看，可以远远超过砂轮的周长，这就使得砂带在磨削时既有良好的散热区域，又可以通过砂带的悬空部分〈即不与接触轮、张紧轮、压磨板等接触的部分〉在运行时的振荡，将粘在砂带上的磨屑自然抖掉，进一步减少磨粒被填塞的现象，从而减少摩擦发热，这也是砂带磨削温度低的一个原因。
由此可见,砂带磨削的加工机理是同于砂轮磨削又有别于砂轮磨削的一种更为复杂的形式，这是分析和了解砂带磨削机理的理论基础和根本出发点。
二、砂带磨削技术的应用
随着砂带磨削技术的飞速发展，它在制造加工领域正扮演着越来越重要的角色。目前砂带磨削技术在世界先进工业国已经得到了广泛的应用，就拥有量来说，已逐步接近砂轮磨床，其产值比：美国49：51，德国45：55，日本25：75，英国、瑞士等国的发展也很快。同时砂带磨削技术在国内许多单位也得到了较广泛的推广应用，解决了很多生产实际问题。
砂带优越的磨削性能和灵活的工艺特性决定了它具有极其广泛的应用范围，从日常生活到工业生产的各行各业，砂带磨削几乎遍及所有领域。其应用形式之多样，范围之广泛是其它任何一种加工方法所不能比拟的。
具体表现在：
1、 砂带磨削几乎能磨削一切工程材料。除了砂轮磨削能加工的材料外，其还可以加工诸如铜、铝等有色金属和木材、皮革、塑料等非金属软材料。特别是砂带磨削的"冷态" 磨削效应使之在加工耐热难磨削材料时更显出独特的优势，因此也被国外工业界称为“万能磨削”的一种高效精密加工方法。
图8 钛合金管材 图9 皮革表面抛磨 图10 木材砂光
2、砂带磨削能够加工表面质量及精度要求高的各种形状的工件。砂带磨削不但可以加工常见的平面、内外圆表面的工件，还能以极高的效率加工表面质量及精度要求都较高的大型或异型件：
（1）大面积板材的抛磨加工。砂轮的宽度最大仅1000mm，而砂带可以做到2500mm以上。 实际使用中砂带磨削常见的加工宽度为50~2000mm，加工厚度0.4~150mm。其生产率高达1000m2/h。这种宽砂带磨削可广泛用于钢板、不锈钢板、硅钢片、铝板、铜板、刨花板、胶合板、中密度纤维板、皮革、绝缘板、陶瓷板以及宇航器具、舰船和核物理研究装置上使用的各种高精度低粗糙度的大型板材等的表面加工。发动机变速箱体断面等断续平面的精密加工也可以用宽砂带磨削一次成形，并能保证比传统铣、刨加工的表面有更好的密封性。
图11薄板材抛磨 图12 大型复合板材抛磨
（2）金属带材或线材的连续抛磨加工。由于宽砂带磨削的发展，使薄型带材在整个宽度上都有相同的磨削条件，不至于发生局部受力过大，产生应力变形，故冷扎钢带、铜、铝带及其它合金带材等的表面都适合于用砂带连续抛磨。其加工宽度为600~2100mm，加工厚度0.1~2.2mm，表面粗糙度值Ra3.2~0.1mm，带材运行速度为3~80m/min。行星式砂带磨削为不锈钢或其它材料的成卷线材的抛磨提供了一种十分有效和经济的加工方法。已知的线材抛磨直径在0.8~20mm。连续运行速度6~150m/min。
图13 带材抛磨 图14 丝线材抛磨
（3）长径比很大的工件内、外圆抛磨。现代工业中的各种大型的、长径比很大的轴类工件的外圆和管类工件的内圆表面的加工利用砂带磨削十分方便。一般可在大型标准设备上增加一个砂带磨削装置便可实现。批量大的则可采用专用的砂带磨床。如大型发电机转子、轧辊、造纸烘缸等工件的外圆和汽缸、石油管道、压力容器等工件的内圆表面加工。
图15钢管（荒）磨削 图16螺旋钢管焊缝修整 图17罐体容器抛磨
（4）复杂异型工件的抛磨。曲面工件的成型磨削，难度较大。然而利用砂带的柔性可方便地加工各种复杂曲面，曲率半径仅为3mm的内圆角，砂带亦可对其进行抛磨。如飞机发动机叶片、汽轮机叶片、聚光镜灯碗、反射镜、餐具水槽、手柄、水暖器具、五金件等等都可用砂带进行高效率高质量的抛磨加工。
图18 汽轮机叶片 图19叶片数控抛磨 图20高档水槽 图21 五金件
3、砂带磨削设备形式多样，品种繁多。其可在各种通用型砂带磨削设备上进行。通用型砂带磨削设备小的有手提式砂带机、万能砂带机、台式砂带机；大的有外圆砂带磨床、平面砂带磨床、无心砂带磨床和内圆砂带磨床等等。专用的砂带磨床有凸轮轴砂带仿形磨床、工业罐体砂带抛磨机、汽车轮毂端面砂带抛磨机、叶片数控砂带抛机等。总之，无论是通用型还是专用型的砂带磨削没备、形式多样、品种繁多。
图22 无心外圆砂带磨床 图23工业罐体砂带磨床 图24 数控砂带抛磨机
三、结论与展望
砂带磨削因其加工效率高、应用范围广、适应性强、使用成本低、操作安全方便的特点而广受青睐。在国外，砂带磨削技术已经取得了很大进展，其应用比例已经接近砂轮磨削。目前，砂带磨削技术正朝着强力、高效、精密、数控及复合加工等方向发展：在强力高效加工方面，砂带磨削主要体现在重载大余量强力磨削方面发展，特别是在热轧钢坯高合金管的重负荷磨削方面的研究与应用；在精密加工方面，砂带磨削主要研究热点方向在与电解、超声波、电泳吸附作用等进行复合精密加工，力图达到纳米级的超精密加工，日本在该领域具有较大领先研究基础，并已取得突破；在数控及其自动化方面，六轴联动的数控砂带磨床在发达国家广泛用于汽轮机叶片加工，砂带磨削机器人、自动化砂带磨削生产线(FMS)更是层出不穷。
尽管我国近年来在基础研究、应用推广方面也已初具规模，并在以上发展方向都有新的进展。但与国外相比扔然存在很大距离，如砂带磨削机理研究不够深入，砂带及砂带磨床产品品种还十分有限，应用范围仍不够宽，尤其是在金属加工行业中。此外，相当多的工程技术人员尚未认识到砂带磨削的先进性和实用性，仍然还停留在砂纸打磨的陈旧观念中，对国内最新砂带磨削技术发展现状不甚了解。为此，大力宣传砂带磨削，加深对砂带磨削基本原理和磨削性能的认识，掌握其常见用法，熟悉各种砂带磨床和各种砂带的使用性能与适用范周，对于推广砂带磨削技术，加强砂带磨削基础理论研究和应用研究，促进砂带及砂带磨床制造业的发展乃至提高整个国内制造工艺水平和产品质量都有十分重要的意义。
砂带磨削技术及其应用的附图说明
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