依據(jù)對磨削工況參數(shù)對砂帶磨削性能測試結(jié)果影響的研究結(jié)論,我們嘗試對制定砂帶磨削性能試驗(yàn)新規(guī)程提出一些具體建議,分述于下:
4.1 關(guān)于恒進(jìn)給磨削試驗(yàn)?zāi)J降挠懻?/b>
恒壓力磨削是涂附磨具行業(yè)過去普遍使用試驗(yàn)?zāi)J?,這種模式廣泛地被應(yīng)用在許多場合,例如:材料的摩擦磨損測試、地板表面耐磨性測試、橡膠產(chǎn)品耐磨性測試等。本試驗(yàn)機(jī)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的傳動(dòng)方式,不僅可做恒壓力磨削試驗(yàn),也為恒進(jìn)給磨削試驗(yàn)創(chuàng)造了條件,為此在試車過程專門對恒進(jìn)給磨削進(jìn)行了探索,先后共進(jìn)行了12次試驗(yàn),其中:圓棒試件的恒進(jìn)給試驗(yàn)11次,圓管試件1次。
在恒壓力磨削過程中,壓力是主控參數(shù),試驗(yàn)機(jī)是依據(jù)壓力傳感器的測值來隨時(shí)調(diào)整進(jìn)給速度的快慢,以保持壓力的波動(dòng)處于設(shè)定值規(guī)定的范圍內(nèi)。從圖4-1可見磨削壓力基本是穩(wěn)定的,而砂帶的切除重量隨磨削次數(shù)的增加呈逐漸下降的趨勢。

在恒進(jìn)給磨削過程中,進(jìn)給速度是主控參數(shù),試驗(yàn)機(jī)始終保持進(jìn)給速度的恒定,當(dāng)試件的截面是一致時(shí),也就實(shí)現(xiàn)了恒切除量磨削的效果。磨削壓力在磨削過程只是測試值,不參與控制,但是可作為判斷砂帶失效的依據(jù)。圖4-2是一次恒進(jìn)給磨削的曲線圖,從中可見其切除重量是保持恒定的,而磨削壓力則隨磨削次數(shù)的增加逐漸上升,到達(dá)某一點(diǎn)后磨削壓力的上升迅速加快,說明砂帶已磨鈍,失去使用價(jià)值。

表4-1統(tǒng)計(jì)了B公司X產(chǎn)品在一個(gè)月內(nèi)先后做的9次恒進(jìn)給磨削試驗(yàn)的有關(guān)數(shù)據(jù),表中“切除重量均值”一欄是該試驗(yàn)編號(hào)內(nèi)所有單次切除重量的平均值;“切除量相對差”是該試驗(yàn)編號(hào)內(nèi)所有單次切除重量標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的相對偏差。
統(tǒng)計(jì)表明:
1,恒進(jìn)給磨削過程單次切除量的波動(dòng)非常小,切除量的相對差基本控制在0.3%以下,足見磨削進(jìn)行的很穩(wěn)定。
2,切除重量均值的波動(dòng)也小,以6mm/min的進(jìn)給速度為例,盡管兩次試驗(yàn)間隔一個(gè)月,但是切除重量的均值僅差0.01g;再看8mm/min的進(jìn)給速度,盡管7次試驗(yàn)間隔也是一個(gè)月,但是切除重量均值的極差也只是0.2g,7次試驗(yàn)的相對標(biāo)準(zhǔn)差僅為0.6%;說明恒進(jìn)給磨削試驗(yàn)的再現(xiàn)性也好。
3, 速度設(shè)定值和切除重量的關(guān)聯(lián)性好,8 mm/min比6 mm/min快了33%,切除重量同樣增加了33%;10mm/min時(shí)的比值則為67%。

我們選擇了三次不同進(jìn)給速度下的恒進(jìn)給磨削試驗(yàn)數(shù)據(jù),試驗(yàn)條件列于表4-2,試驗(yàn)結(jié)果列于表4-3。


從圖4-4中不難發(fā)現(xiàn),在恒進(jìn)給磨削試驗(yàn)過程中,隨著進(jìn)給速度的提高,單次磨削的金屬切除量亦相應(yīng)增加;從圖4-3中可見,隨著磨削次數(shù)(即磨削時(shí)間)的增長,壓力隨之增長,開始階段增長相對緩慢,但達(dá)到一定時(shí)間后,會(huì)迅速增加,直至砂帶磨削壽命終止,其中進(jìn)給速度高的,磨削壓力出現(xiàn)迅速上升拐點(diǎn)的時(shí)間也早。
對于B公司X產(chǎn)品,采用10mm/min的進(jìn)給速度,磨了僅8.3min砂帶的磨削能力就已消耗殆盡;而采用6mm/min的進(jìn)給速度,磨了16.7min后,壓力仍保持不變,表明還有很大的磨削潛力,真像是個(gè)跑“馬拉松”的選手,具有很強(qiáng)的耐久力。
恒進(jìn)給磨削試驗(yàn)?zāi)J诫m然使用次數(shù)還不夠多,不過我們已感覺其特點(diǎn)突出,試驗(yàn)數(shù)據(jù)非常穩(wěn)定,判斷砂帶失效的標(biāo)志明顯,也非常適應(yīng)對砂帶磨削加工節(jié)拍有要求的砂帶性能測試需要,應(yīng)該是值得推薦應(yīng)用的一種試驗(yàn)?zāi)J健?br />
4.2 關(guān)于圓管試件的討論
以圓形鋼管作為砂帶磨削試驗(yàn)的試件早在1987年從德國進(jìn)口的砂帶磨削試驗(yàn)機(jī)上就開始應(yīng)用,但是在以后并未得到廣泛應(yīng)用,業(yè)內(nèi)主要采用的是圓棒形試件。可能與下列兩個(gè)原因有關(guān):一是鋼管的費(fèi)用要比棒料高;二是鋼管試件比鋼棒試件重,使每次磨削后為稱重裝卸試件的勞動(dòng)強(qiáng)度加大。
由于圓管試件具有獨(dú)有的特點(diǎn),因此本試驗(yàn)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了兩種試件的應(yīng)用可能。為此我們也對圓管試件的磨削進(jìn)行了一定嘗試。試驗(yàn)中采用的圓筒試件材質(zhì)為45#鋼,規(guī)格為φ120/100×150mm。先后做了4次圓管的恒壓力磨削試驗(yàn)和1次圓管的恒進(jìn)給磨削試驗(yàn)。表4-4是采取恒壓力磨削的試驗(yàn)條件;表4-5為圓管恒壓力試驗(yàn)結(jié)果;圖4-5為圓管恒壓力磨削切除重量的變化趨勢。

1、圓筒磨削與圓棒磨削相似,磨削過程砂帶磨削性能的表現(xiàn)也呈現(xiàn)初始期、穩(wěn)定期和下降期三個(gè)階段;在初始期和穩(wěn)定期磨削壓力高,切除能力也高,從表4-5中的標(biāo)準(zhǔn)切除率對比可見一斑。
2、磨削壓力高的下降期出現(xiàn)較早;特別是在100N和80N兩次試驗(yàn)中均出現(xiàn)因瞬間壓力超過保護(hù)設(shè)限而自動(dòng)退出磨削,未能完成預(yù)定磨削次數(shù)的情況,100N發(fā)生在第21次,80N發(fā)生在第27次,唯有60N完成了全部磨削試驗(yàn)。所以60N的標(biāo)準(zhǔn)切除率雖然最低,但其總切除量卻最多。這提示我們應(yīng)注意圓管磨削時(shí)砂帶與試件接觸的寬度只有1cm左右,而圓棒為3cm,因此單位寬度上的磨削壓力遠(yuǎn)比同樣壓力下的圓棒磨削為大;在本次試車中圓棒恒壓力磨削所施加的最大壓力為150N,也就相當(dāng)于50N/cm的線壓力。
3、圓管恒壓力磨削過程壓力波動(dòng)情況要比圓棒為大,分析認(rèn)為一是熱軋鋼管的壁厚均勻度較差,國家標(biāo)準(zhǔn)對普通鋼管壁厚的公差范圍規(guī)定是+15% / -12.5%,可見是產(chǎn)生沿圓周磨削過程引起壓力波動(dòng)的原因之一,為此今后圓管必須加工內(nèi)外圓后才能進(jìn)行磨削試驗(yàn);二是要設(shè)計(jì)專門適用于圓管磨削的壓力控制程序,如今使用圓棒磨削的壓力控制程序來磨圓管是不合適的。
4、圓管磨削過程,試件溫升很小,基本不需施加冷卻,這與圓管磨削時(shí)試件表面自行冷卻條件良好有關(guān),也是相對于圓棒磨削的突出特點(diǎn)之一。
5、由于圓管試件單位長度上的質(zhì)量要大出圓棒數(shù)倍,因此試驗(yàn)過程可減少更換和重裝試件的次數(shù),使操作簡便了不少,也減少了因重裝試件而產(chǎn)生的切除重量計(jì)算誤差。
6、 對本試驗(yàn)所使用的B公司X產(chǎn)品而言,圓管磨削合適的磨削壓力是60N。

我們還進(jìn)行過一次圓管的恒進(jìn)給磨削試驗(yàn),見圖4-6。圓管與圓棒一樣在恒進(jìn)給磨削試驗(yàn)中非常平穩(wěn),單次切除重量始終保持在14.22g左右,25次磨削中單次切除重量波動(dòng)的相對標(biāo)準(zhǔn)差為1.16%;總切除重量為380.67g;標(biāo)準(zhǔn)切除率高達(dá)36.84g/cm/min。在磨削過程中磨削壓力上升比較平緩,未見明顯拐點(diǎn)出現(xiàn)。由此又一次使我們看到恒進(jìn)給磨削試驗(yàn)?zāi)J降膬?yōu)點(diǎn)。

由于試驗(yàn)機(jī)試車時(shí)間不長,砂帶試樣的品種還僅僅限于普通磨料的。
對于砂帶磨削性能檢測新規(guī)程的試驗(yàn)工況參數(shù),我們提出了圓棒試件恒壓力與恒進(jìn)給磨削的兩種方案建議,見表4-6和表4-7。恒壓力模式基本延續(xù)了行業(yè)內(nèi)各企業(yè)目前較多采用的試驗(yàn)方式,其磨削狀態(tài)比較切合砂帶手工打磨時(shí)的情況,因?yàn)槿斯ご蚰r(shí)對磨削進(jìn)給量的控制比較困難,但是通過手感來調(diào)節(jié)磨削壓力大小,還是有一定可能的;而恒進(jìn)給模式更切合機(jī)械式砂帶磨削的情況,特別是最近正處于發(fā)展期的機(jī)器人砂帶磨削需要,因?yàn)橥ㄟ^機(jī)械來控制磨削進(jìn)給量是非常容易實(shí)現(xiàn)的,而對磨削壓力的控制通常是根據(jù)磨削電流值的大小來間接反映;再說生產(chǎn)線的流水作業(yè)對加工節(jié)拍是有要求的,也就意味砂帶的磨削性能應(yīng)達(dá)到一定切除率的要求,所以我們更傾向于在砂帶磨削性能測試中采用恒進(jìn)給模式。

以上對試驗(yàn)工況參數(shù)的建議只是初步的想法,而且主要針對有切除能力要求的粗粒度砂帶測試需要,實(shí)際上砂帶的使用范圍很廣,制定新規(guī)程應(yīng)考慮的問題很多,我們在此僅是為了拋磚引玉,期望行業(yè)內(nèi)大家來提出建議,使新規(guī)程能起到全面的指導(dǎo)作用。
4.4 其他有關(guān)規(guī)程制定問題的討論
4.4.1 關(guān)于在新規(guī)程中推薦使用圓管試件的想法
鑒于圓管試件在試車過程顯現(xiàn)的許多特點(diǎn)是很誘人的,我們很想將其列為首選試件,但是上一階段所做試驗(yàn)次數(shù)終究有限,說服力還不夠充分,再說試驗(yàn)的成本因素也需考慮,所以還是需要斟酌。在表4-8和表4-9中只是對圓管試件的恒壓力和恒進(jìn)給試驗(yàn)提一個(gè)參考意見。

圓管恒壓力磨削檢測:
4.4.2 關(guān)于在新規(guī)程中對試件材質(zhì)提出嚴(yán)格要求的想法
目前在砂帶磨削性能測試中所使用的試件材質(zhì)多數(shù)為45#優(yōu)質(zhì)碳素鋼、S304(0Cr18Ni9)不銹鋼和TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金鋼。然而當(dāng)前市場供應(yīng)存在不規(guī)范的情況相當(dāng)普遍,要想采購到合乎標(biāo)準(zhǔn)的材料十分困難,試車中就遇到很多問題。試件作為考核砂帶性能的對照物,材質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)是必要條件,否則試驗(yàn)結(jié)果就缺乏公信力。所以在制定新規(guī)程時(shí)建議對試件材質(zhì)作出嚴(yán)格要求,應(yīng)確定試件的定點(diǎn)供應(yīng)單位,以保證試件的一致性。
4.4.3 在新規(guī)程中應(yīng)對試驗(yàn)機(jī)有關(guān)工況參數(shù)的示值誤差作出限定
試驗(yàn)機(jī)是砂帶磨削性能測試系統(tǒng)組成中的重要環(huán)節(jié),每一項(xiàng)工況參數(shù)的測試誤差都會(huì)影響到測試結(jié)果的準(zhǔn)確度和離散性。這里的誤差有兩層含義,一是指工況參數(shù)示值相對檢定用標(biāo)準(zhǔn)器件示值的偏差,即通常所說的“示值誤差”;另一是指工況參數(shù)的示值相對該參數(shù)設(shè)定值的偏差,是反映控制是否精確的量值,可以稱其為“控制誤差”。對一些重要的工況參數(shù)都必須在規(guī)程中根據(jù)其重要程度,分別明確規(guī)定這兩種誤差的允差,例如:砂帶線速度、磨削壓力、進(jìn)給速度、砂帶延伸率、主電機(jī)電流、切除長度和接觸輪橡膠層硬度等。
4.4.4 如何評價(jià)砂帶磨削性能的優(yōu)劣?
如今在評價(jià)砂帶鋒利性時(shí),多用“標(biāo)準(zhǔn)切除率”這個(gè)參數(shù),即總切除重量g / 磨削時(shí)砂帶與試件接觸區(qū)的寬度cm / 磨削時(shí)間累計(jì)值min。是否合理?值得討論。在試車中就感覺砂帶周長的長短會(huì)影響總切除重量的多少,而在“標(biāo)準(zhǔn)切除率”這個(gè)參數(shù)中是無法反映周長的影響。再說磨削時(shí)間累計(jì)值的取值方法也有講究,會(huì)影響“標(biāo)準(zhǔn)切除率”這個(gè)參數(shù)的大小,如果取的磨削次數(shù)很多,在后階段砂帶已處于鈍化階段,這時(shí)的切除能力很低,計(jì)算下來,總切除量雖有增加,可是“標(biāo)準(zhǔn)切除率”卻不高,會(huì)比磨削次數(shù)較少時(shí)的計(jì)算結(jié)果差很多,因?yàn)楹笳呤窃谏皫тh利期采集的切除量數(shù)值。因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)切除率”高,而總切除重量低,和“標(biāo)準(zhǔn)切除率”低,而總切除重量高的矛盾情況,到底應(yīng)如何評價(jià)這兩種砂帶的優(yōu)劣呢?是否將按單位寬度砂帶改為按單位面積更合理些,或者是否還有更合理的評價(jià)方法?盼望大家討論。
4.5對試驗(yàn)機(jī)下步改進(jìn)的建議
根據(jù)在試車中的感受,對試驗(yàn)機(jī)需作改進(jìn)的地方提出如下建議。
4.5.1建議增加測溫系統(tǒng)
砂帶磨削過程必然會(huì)產(chǎn)生切削熱,由此引起被磨工件的溫度提高,嚴(yán)重時(shí)將造成工件表面的灼傷;因此非常有必要在磨削試驗(yàn)過程中對被磨試件溫度的變化進(jìn)行監(jiān)控,使其不超過200°C。目前試車時(shí)是采用手持式紅外測溫儀在每次磨削后對試件進(jìn)行測溫,比較麻煩,所以建議在試驗(yàn)機(jī)上增設(shè)在線式紅外測溫頭,隨時(shí)監(jiān)測試件溫度,當(dāng)超過一定限度后發(fā)出報(bào)警訊號(hào)。
4.5.2建議改進(jìn)吸塵口的設(shè)計(jì)
目前的吸塵口非常容易產(chǎn)生切屑的堆積,主要是因?yàn)槟ハ鳟a(chǎn)生的高溫鐵屑受到吸塵口的阻擋,逐漸堆積并產(chǎn)生熔融態(tài)的金屬塊狀物,嚴(yán)重時(shí)會(huì)堆高到接近砂帶表面,造成安全隱患。
所以建議改進(jìn)設(shè)計(jì),使鐵屑無從堆積。另外目前吸塵風(fēng)量過大,既引起很大噪聲,又不利節(jié)約能源,也應(yīng)是吸塵口改進(jìn)設(shè)計(jì)中需考慮的問題。
4.5.3建議在砂帶磨削記錄表中增加更多的工況參數(shù)實(shí)測記錄
從現(xiàn)在的記錄表中可查閱的工況參數(shù)實(shí)測值不多,只有磨削壓力、切除體積、切除重量、磨削能力和砂帶延伸率等幾項(xiàng),當(dāng)然通過趨勢圖可看到更多的磨削試驗(yàn)情況,但是一是只能上機(jī)查看,脫機(jī)狀態(tài)就無法了解實(shí)際的磨削工況值;二是趨勢圖一般只保存一個(gè)月,這主要是受計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間的限制。所以適當(dāng)在紙質(zhì)文件上記錄更多的工況值是很有必要的。希望能增加的參數(shù)值有:砂帶線速度、砂帶電機(jī)電流、砂帶張緊力、砂帶打滑率、試件轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度等6項(xiàng)。
結(jié)語
通過以上試驗(yàn)與研究表明:SDSY-50B數(shù)控砂帶磨削性能試驗(yàn)機(jī)是一臺(tái)高性能的數(shù)控砂帶磨削試驗(yàn)機(jī),自動(dòng)化程度高,減少了人工干預(yù)的誤差,提高了磨削性能檢測的精準(zhǔn)度,在行業(yè)內(nèi)可針對各企業(yè)涂附磨具產(chǎn)品做定向性能的檢測和使用性能的開發(fā),對涂附磨具產(chǎn)品的開發(fā)和研制,將起到巨大的推動(dòng)作用。同時(shí)它為涂附磨具產(chǎn)品的數(shù)字化提供了條件,為涂附磨具產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,向先進(jìn)制造業(yè)邁進(jìn)提供了著力點(diǎn)。因此,有必要繼續(xù)研究和開發(fā)試驗(yàn)機(jī)的性能與應(yīng)用,使它更好地為產(chǎn)業(yè)服務(wù)。