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荷蘭砂霸Timesaversint大寬面磨削
產地:荷蘭
品牌:其他
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生產企業:荷蘭砂霸Timesaversint國際有限公司
可見臥軸砂輪磨削的加工精度最高,切除余量的能力最??;銑削則反之,所能達到的加工精度最低,可切除余量的能力最大;寬砂帶磨削在加工精度和切除余量的能力兩個方面都居第二,特別是切削能力方面與銑削相差不大。

  荷蘭砂霸Timesaversint 國際有限公司2010年公布的一篇技術性報道,介紹了該公司在應用寬砂帶磨削工藝對平板類工件進行大切削量試驗的有關情況,有價值的信息。

      
      當今世界上關于將材料從平面上切除的工藝已有一些成熟的技術, 每一種技術都有其自身的特點,取決于所要求的產能、表面粗糙度要求、需要切除的材料余量大小,和材料的加工難度等因素。
      
      近期在寬砂帶磨削技術上的進步,由此開啟了對硬質難加工材料,諸如:鈦、鎳合金和鉬等,進行大切削量強力磨削的可能性。
磨削/砂帶磨削 /寬砂帶磨削 
一、研究課題的背景

      在機械工程學領域已經有一些關于平面加工的成熟工藝技術,這些技術包括:銑削、拉削、珩磨、拋光、寬砂帶磨削,臥軸平面砂輪磨削,以及磨料噴射加工等。每種技術都有其特點,至于最后選擇哪種技術,要取決于所加工材料的性質以及客戶的需求,例如:加工后的表面質量,工件尺寸的允差,單件加工成本,以及產量等。
      
      本項關注的重點是從平面上切除大量材料的技術可行性。而研究課題是在認識和分析了在切削加工過程中存在的一個重要難題的基礎上提出的,也就是切削熱對工件材料性能的影響,在切削加工的領域中,加工材料的溫升會導致許多問題,因而必須加以限制。傳統的銑削加工和砂輪磨削都會在切削區內產生太多的局部熱量。這些傳統的工藝已經很難適應現代新材料的技術進步,這些新一代材料通常被稱作“難加工材料”,需要使用“冷態”切削工藝技術。
二、研究試驗結果
      根據某一客戶的特殊要求,此項研究的目標確定為,探索寬砂帶磨削工藝對鈦合金和其它特殊金屬板材進行大切削量加工的可行性。研究工作選擇了銑削、立軸端面磨削和砂帶磨削等三種最常用的切削加工方式進行對比性試驗。本項研究得到德國赫美斯Hermes砂帶公司與客戶的大力支持和緊密合作。
      
      下面將分別從加工后的表面質量、尺寸公差、生產效率、比能耗和加工成本等五個方面,就三種工藝的試驗結果對比情況具體闡述于下:  
      
1、表面質量
      表面完整性是由粗糙度、表面層金相組織的改變、加工后的微裂紋、殘余應力和最終的表面視覺評估等多方面指標綜合后決定的。在這個方面,砂帶磨削在表面粗糙度,或是在表面視覺美觀方面的試驗結果數據分布都具有十分寬泛的特點。
      
2、加工精度
      這里討論的主要內容包括:平面度,厚度誤差和平行度。在這三項加工精度方面,砂輪磨削可以說效果最好,其次是砂帶磨削。當對比加工精度時銑削工藝是最差的。
      
      可見臥軸砂輪磨削的加工精度最高,切除余量的能力最??;銑削則反之,所能達到的加工精度最低,可切除余量的能力最大;寬砂帶磨削在加工精度和切除余量的能力兩個方面都居第二,特別是切削能力方面與銑削相差不大。
      
3、生產效率
      粗加工的生產效率是用戶極其關注的重要因素。生產效率被定義為在一分鐘內可從工件上切除的材料體積量(cm3/min)。研究表明材料的機械和物理性能是關系生產效率的重要因素??偟膩碚f,鋁和鑄鐵的可切削性受制于切削工具的容屑空間,而不銹鋼,鎳合金和鈦的可切削性則受制于加工過程所產生的切削熱量。砂帶磨削工藝的生產效率比砂輪磨削平均要高出3倍。同時砂帶磨削的材料切除率可與銑削直接抗衡。
     
      在產品樣本上所披露的有關生產效率對比的圖表,據介紹試驗用工件寬1000 mm,長2500 mm,厚10 mm,材質是奧氏體不銹鋼;所采用的加工設備是粗加工銑床、寬砂帶平面磨床和立軸砂瓦端面磨床;測試從工件表面切除厚1 mm材料所用時間;以每分鐘切除的體積量cm3相比,在加工不銹鋼時,砂帶磨削可比砂瓦磨削節約65%的時間。
4、加工成本
      成本被視為用戶在選用切削技術決策過程的主要考慮因素。評估加工成本需要考慮的因素包括:工具成本、勞動力成本、能源耗費、以及機械折舊費用等。為使成本的比較相對合理,通常是以每切除一立方厘米材料所需成本來進行計算。在這方面銑削加工的成本最低,砂帶磨削的成本緊隨其后。立軸砂瓦端面磨削的成本相比銑削和砂帶磨削,至少要高出20%。
      其中工具成本砂帶磨削也低于銑削,和我們在加工普通鋼材時的經驗相左;估計是在不銹鋼,鈦合金等新型材料加工時的情況有所改變的緣故。               
5、比能耗
      比能耗被定義為是一種在切割一個單位體積材料時所消耗的能量。
      通常情況下,最好是希望比能耗低,因為這意味著工件材料將會少受切削熱的不好影響,諸如受熱會導致一些金相組織的改變和殘余應力的增大等。同時也意味需要較少的切削力。這也就相當于更低的能量消耗,工具的磨損會更少和獲得更好的加工精度。雖然很多文獻記載了銑削和砂輪磨削的比能耗,但是沒有資料提及砂帶磨削的比能耗。
      為了確保對三種切削工藝做出一個公平的比較,在三種類型的加工設備上都使用標準尺寸為長2米,寬1米的同種工件,試驗結果表明對于所有的材料,銑削加工過程的比能耗最低,緊隨其后的是砂帶磨削。而砂輪磨削的比能耗最高,試驗證實當加工不銹鋼,鎳合金和鈦等材料時幾乎要比砂帶磨削高出近6倍。
      砂帶磨削過程摩擦耗能很小,因此工件的溫升幾乎為零,這個特點在加工不銹鋼、鎳合金和鈦合金時特別重要。
      
三、工藝技術
      為進一步的探究,注意力轉向到有關砂帶磨削的工藝技術上。尤其是關注加工過程中的比能耗。在對各種加工工藝作比較時比能耗被認為是最重要的因素。加工精度 ,生產效率,表面完整性和加工成本都直接與比能耗相關。加工所用的機床和砂帶因此就成為主要的可變因素。
1、砂帶
      砂帶磨削工藝很早就被認識到是一種切削效率高,而且又具有“冷態”切削特點的技術,換句話說這種技術在加工工件時不會像其他機械加工方法一樣產生太多的熱量。當把注意力轉向砂帶上的磨料顆粒時,可以發現其排列得非常整齊。 砂帶制造商如今能夠運用一種靜電植砂技術,由此可對磨料的排列方向和分布密度實施控制。這意味著磨料較為鋒利的邊緣是垂直于底帶上的。此外,從磨粒的微觀結構中可以發現,即使真的磨鈍了,崩裂掉的也只是一小部分,仍能保持理想的鋒利切削角,使高效的切削過程能得以較長的延續。
      與之相反,砂輪上的磨料顆粒是隨機排列的,這導致了在工件上產生熱量的增多。從理論上講,切割一個單位體積材料所需的能量取決于材料的性質和所運用的機械加工工藝,而真實情況是有相當一部分能量被消耗在克服摩擦能上,摩擦能小則比能耗便小。 砂帶磨削過程發生的摩擦能要比砂輪磨削小。  
當討論比能耗時(即切削能耗),以下四個方面的問題被視為影響摩擦耗能的因素:
      切削角-- -由于磨粒的排列是可以控制的,因此切削角可以實現優化,以確保在切割材料的時候耗能更少。
      切屑厚度---切屑愈大切削過程的耗能愈少。借助大的正前角銑削可以形成最大的切屑;而砂輪磨削所形成的切屑十分細小,兩者差異近萬倍,因此將消耗非常多的能量;砂帶磨削得益于所產生的切屑大小介于上述兩者之間,由此其耗能也是適中的。
      容屑空間----這是指能容納每個切屑暫存的空間,也反映了切屑被切割出來的難易程度,(若切屑被卡在切削工作區中,將導致比能耗的增加和工件表面質量的降低)。是否有足夠的容屑空間是實現高切削量的關鍵。幸虧砂帶上呈縱向排列的磨粒,加上砂粒間安排有合適的容屑空間,使砂帶磨床能在磨削過程避免工件上切削熱量的積聚。
      接觸長度---是指每個磨粒在切削過程與被加工表面相接觸的弧線長度。希望接觸長度盡可能短,部分是因為這樣可以確保有效的排屑,部分是為了能有效地利用冷卻乳化液。砂帶磨削過程中的接觸長度非常短,大約僅為一毫米長。而在用磨石進行立軸端面研磨加工時的接觸長度大約要以米來計算。
2、加工機床
      大余量切削技術的提高也得益于機械本身的創新。例如,通過修改接觸輥的直徑尺寸和材料,接觸長度再次被縮小。固定工件的新裝卡方法可使切削時的送進得以順利進行,整個送進系統也得到全新的改進。
      該公司在近期根據用戶既希望材料切除能力大,又要求加工精度高,而專門新開發的龍門式寬砂帶平面磨床。采用龍門固定,工作臺往復運動的總體布局形式。板材可用電磁或真空兩種方式固定在工作臺上。為適應濕磨的需要,配有大容量的冷卻液箱和精密過濾裝置。據說已被多個著名跨國公司用于鈦合金、inconel因科鉻鐵鎳合金和不銹鋼板材的加工,效果良好。
四、結論
      隨著砂帶磨床的設計改進和砂帶制造技術的進步,在鈦,鎳合金和鉬等板材大切削余量加工中砂帶磨削工藝已被證實是一個可行的,而又經濟的選擇。該技術已經被很多著名企業采用,并且顯示出比其他工藝方法都好的效果。

 

 

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