摘要 作者:孫躍紅曹新洲李硯咸4討論依據對磨削工況參數對砂帶磨削性能測試結果影響的研究結論,我們嘗試對制定砂帶磨削性能試驗新規程提出一些具體建議,分述于下:4.1關于恒進
作者:孫躍紅 曹新洲 李硯咸
4 討論
依據對磨削工況參數對磨(mo)(mo)削性(xing)能測(ce)試結果影(ying)響的研究結論,我們嘗(chang)試對制(zhi)定砂帶磨(mo)(mo)削性(xing)能試驗新規程提出一些具體建(jian)議,分(fen)述于下:
4.1 關于恒進給磨削試驗模式的討論
恒壓力磨削是行業過去普遍使用試驗模式,這種模式廣泛地被應用在許多場合,例如:材料的摩擦磨損測試、地板表面耐磨性測試、橡膠產品耐磨性測試等。本試驗機采用伺服電機驅動滾珠絲杠的傳動方式,不僅可做恒壓力磨削試驗,也為恒進給磨削試驗創造了條件,為此在試車過程專門對恒進給磨削進行了探索,先后共進行了12次試驗,其中:圓棒試件的恒進給試驗11次,圓管試件1次。
在恒(heng)壓力(li)(li)磨削過(guo)程中,壓力(li)(li)是主(zhu)控參數(shu),試驗機是依據壓力(li)(li)傳感器(qi)的(de)(de)(de)(de)測值來隨時(shi)調(diao)整進給速(su)度的(de)(de)(de)(de)快慢(man),以保(bao)持壓力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)波動(dong)處于(yu)設定(ding)(ding)值規定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)范圍內(nei)。從圖4-1可見磨削壓力(li)(li)基本是穩(wen)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de),而砂帶(dai)的(de)(de)(de)(de)切除重量隨磨削次數(shu)的(de)(de)(de)(de)增加呈逐漸下降的(de)(de)(de)(de)趨勢。


統(tong)計表明:
1,恒(heng)進給磨削過程單次切(qie)除量的波動非常小,切(qie)除量的相對差基本控(kong)制在0.3%以(yi)下,足見磨削進行的很穩(wen)定。
2,切(qie)除(chu)重(zhong)量(liang)(liang)均值(zhi)的(de)(de)波動也(ye)小(xiao),以6mm/min的(de)(de)進(jin)給(gei)速(su)(su)度為例,盡管(guan)兩次試驗間隔一個月,但是(shi)(shi)切(qie)除(chu)重(zhong)量(liang)(liang)的(de)(de)均值(zhi)僅差0.01g;再看8mm/min的(de)(de)進(jin)給(gei)速(su)(su)度,盡管(guan)7次試驗間隔也(ye)是(shi)(shi)一個月,但是(shi)(shi)切(qie)除(chu)重(zhong)量(liang)(liang)均值(zhi)的(de)(de)極差也(ye)只是(shi)(shi)0.2g,7次試驗的(de)(de)相對標準差僅為0.6%;說明恒(heng)進(jin)給(gei)磨削(xue)試驗的(de)(de)再現性(xing)也(ye)好。
3, 速度(du)設定(ding)值(zhi)和切除(chu)重(zhong)量的關(guan)聯性好,8 mm/min比(bi)6 mm/min快了33%,切除(chu)重(zhong)量同樣增加了33%;10mm/min時的比(bi)值(zhi)則為67%。



對于B公司X產品,采(cai)用10mm/min的進給(gei)速(su)度(du),磨(mo)了(le)僅8.3min砂帶(dai)的磨(mo)削(xue)能力(li)就已消耗殆盡;而采(cai)用6mm/min的進給(gei)速(su)度(du),磨(mo)了(le)16.7min后,壓力(li)仍保持不變,表明(ming)還有很大的磨(mo)削(xue)潛力(li),真(zhen)像是個跑(pao)“馬拉松”的選手,具有很強的耐久力(li)。
恒進給磨削試(shi)(shi)驗(yan)(yan)模式雖然使用(yong)次數還(huan)不夠多,不過我們已感覺其特(te)點突出,試(shi)(shi)驗(yan)(yan)數據非常(chang)穩定(ding),判斷砂(sha)(sha)帶(dai)失效(xiao)的標志明顯,也非常(chang)適應對砂(sha)(sha)帶(dai)磨削加工節拍有要求的砂(sha)(sha)帶(dai)性能測試(shi)(shi)需(xu)要,應該是值得(de)推(tui)薦應用(yong)的一種試(shi)(shi)驗(yan)(yan)模式。
4.2 關于圓管試件的討論
以(yi)圓形鋼管(guan)作為砂帶(dai)磨(mo)削試(shi)(shi)驗(yan)的(de)(de)試(shi)(shi)件(jian)(jian)(jian)早在1987年從德國進口的(de)(de)砂帶(dai)磨(mo)削試(shi)(shi)驗(yan)機上就開始(shi)應(ying)用(yong),但是(shi)在以(yi)后并未得到廣泛應(ying)用(yong),業(ye)內主(zhu)要(yao)采用(yong)的(de)(de)是(shi)圓棒形試(shi)(shi)件(jian)(jian)(jian)。可(ke)能與下列兩個原因有關:一是(shi)鋼管(guan)的(de)(de)費用(yong)要(yao)比棒料(liao)高;二是(shi)鋼管(guan)試(shi)(shi)件(jian)(jian)(jian)比鋼棒試(shi)(shi)件(jian)(jian)(jian)重(zhong),使每次磨(mo)削后為稱重(zhong)裝卸試(shi)(shi)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)勞動(dong)強(qiang)度(du)加大。
由(you)于(yu)圓管(guan)試(shi)件(jian)(jian)具有獨有的(de)(de)特點,因此本試(shi)驗(yan)(yan)機(ji)在設計時考慮了兩種試(shi)件(jian)(jian)的(de)(de)應用(yong)可(ke)能(neng)。為(wei)此我們(men)也對圓管(guan)試(shi)件(jian)(jian)的(de)(de)磨(mo)削(xue)進(jin)行了一定嘗(chang)試(shi)。試(shi)驗(yan)(yan)中(zhong)采用(yong)的(de)(de)圓筒(tong)試(shi)件(jian)(jian)材質為(wei)45#鋼,規格為(wei)φ120/100×150mm。先后做了4次圓管(guan)的(de)(de)恒(heng)壓(ya)力(li)磨(mo)削(xue)試(shi)驗(yan)(yan)和(he)1次圓管(guan)的(de)(de)恒(heng)進(jin)給磨(mo)削(xue)試(shi)驗(yan)(yan)。表(biao)4-4是采取恒(heng)壓(ya)力(li)磨(mo)削(xue)的(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)條件(jian)(jian);表(biao)4-5為(wei)圓管(guan)恒(heng)壓(ya)力(li)試(shi)驗(yan)(yan)結(jie)果(guo);圖4-5為(wei)圓管(guan)恒(heng)壓(ya)力(li)磨(mo)削(xue)切除重(zhong)量的(de)(de)變化趨(qu)勢。

1、圓(yuan)(yuan)筒磨(mo)削(xue)與圓(yuan)(yuan)棒(bang)磨(mo)削(xue)相(xiang)似(si),磨(mo)削(xue)過程砂帶磨(mo)削(xue)性能的表現也呈(cheng)現初(chu)始(shi)(shi)期(qi)、穩(wen)定(ding)期(qi)和(he)下降期(qi)三個階段;在初(chu)始(shi)(shi)期(qi)和(he)穩(wen)定(ding)期(qi)磨(mo)削(xue)壓力高(gao),切除能力也高(gao),從表4-5中(zhong)的標準(zhun)切除率對比(bi)可(ke)見一斑。
2、磨(mo)削(xue)壓(ya)力(li)(li)高的(de)(de)下降期(qi)出現(xian)較(jiao)早;特別是(shi)在(zai)100N和80N兩次(ci)試(shi)驗中(zhong)均出現(xian)因(yin)(yin)瞬間(jian)壓(ya)力(li)(li)超過保護設限而自動退出磨(mo)削(xue),未能完(wan)成預定磨(mo)削(xue)次(ci)數的(de)(de)情況,100N發生在(zai)第21次(ci),80N發生在(zai)第27次(ci),唯有60N完(wan)成了全部(bu)磨(mo)削(xue)試(shi)驗。所以60N的(de)(de)標準(zhun)切除率(lv)雖然最(zui)低,但其總(zong)切除量(liang)卻最(zui)多。這(zhe)提示我(wo)們(men)應注意圓(yuan)(yuan)管磨(mo)削(xue)時(shi)砂帶與試(shi)件接觸的(de)(de)寬度(du)只有1cm左右,而圓(yuan)(yuan)棒(bang)(bang)為(wei)3cm,因(yin)(yin)此單位寬度(du)上(shang)的(de)(de)磨(mo)削(xue)壓(ya)力(li)(li)遠比同(tong)樣壓(ya)力(li)(li)下的(de)(de)圓(yuan)(yuan)棒(bang)(bang)磨(mo)削(xue)為(wei)大;在(zai)本(ben)次(ci)試(shi)車中(zhong)圓(yuan)(yuan)棒(bang)(bang)恒壓(ya)力(li)(li)磨(mo)削(xue)所施加的(de)(de)最(zui)大壓(ya)力(li)(li)為(wei)150N,也就相(xiang)當于50N/cm的(de)(de)線壓(ya)力(li)(li)。
3、圓(yuan)(yuan)管恒壓力(li)磨(mo)削過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)壓力(li)波動情況要比圓(yuan)(yuan)棒為(wei)(wei)大,分析(xi)認為(wei)(wei)一是(shi)(shi)熱(re)軋(ya)鋼(gang)管的壁厚(hou)均勻度較差,國家標(biao)準對普通鋼(gang)管壁厚(hou)的公差范圍規定是(shi)(shi)+15% / -12.5%,可見是(shi)(shi)產生沿圓(yuan)(yuan)周磨(mo)削過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)引起壓力(li)波動的原因之一,為(wei)(wei)此今(jin)后圓(yuan)(yuan)管必須加(jia)工內外(wai)圓(yuan)(yuan)后才(cai)能進(jin)行磨(mo)削試驗;二是(shi)(shi)要設計專門適用于圓(yuan)(yuan)管磨(mo)削的壓力(li)控(kong)制程(cheng)(cheng)(cheng)序,如今(jin)使用圓(yuan)(yuan)棒磨(mo)削的壓力(li)控(kong)制程(cheng)(cheng)(cheng)序來磨(mo)圓(yuan)(yuan)管是(shi)(shi)不(bu)合適的。
4、圓管磨(mo)削過(guo)程,試件溫升很小,基本不需施加冷卻(que),這與圓管磨(mo)削時試件表面自行冷卻(que)條件良好有關(guan),也是(shi)相對(dui)于圓棒磨(mo)削的突出特點之(zhi)一。
5、由于圓管試(shi)件(jian)(jian)單位長度上(shang)的(de)質量要大出圓棒數倍,因此(ci)試(shi)驗過程可減少更換和(he)重(zhong)裝(zhuang)試(shi)件(jian)(jian)的(de)次數,使(shi)操作簡(jian)便了(le)不少,也減少了(le)因重(zhong)裝(zhuang)試(shi)件(jian)(jian)而產生的(de)切(qie)除重(zhong)量計算誤差。
6、 對本試驗所使用的(de)B公司(si)X產品而言,圓管磨削合(he)適的(de)磨削壓力是60N。

我們還進行過一次圓管的恒進給磨削試驗,見圖4-6。圓管與圓棒一樣在恒進給磨削試驗中非常平穩,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的相對標準差為1.16%;總切除重量為380.67g;標準切除率高達36.84g/cm/min。在磨削過程中磨削壓力上升比較平緩,未見明顯拐點出現。由此又一次使我們看到恒進給磨削試驗模式的優點。

由于試驗機試車時間不長,砂帶試樣的品種還僅僅限于普通磨料的。
4.3 對制定砂帶磨削性能檢測新規程的初步建議
對于砂帶磨削性能檢測新規程的試驗工況參數,我們提出了圓棒試件恒壓力與恒進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了行業內各企業目前較多采用的試驗方式,其磨削狀態比較切合砂帶手工打磨時的情況,因為人工打磨時對磨削進給量的控制比較困難,但是通過手感來調節磨削壓力大小,還是有一定可能的;而恒進給模式更切合機械式砂帶磨削的情況,特別是最近正處于發展期的機器人砂帶磨削需要,因為通過機械來控制磨削進給量是非常容易實現的,而對磨削壓力的控制通常是根據磨削電流值的大小來間接反映;再說生產線的流水作業對加工節拍是有要求的,也就意味砂帶的磨削性能應達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給模式。

以上對試驗工況參數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,實際上砂帶的使用范圍很廣,制定新規程應考慮的問題很多,我們在此僅是為了拋磚引玉,期望行業內大家來提出建議,使新規程能起到全面的指導作用。
4.4 其他有關規程制定問題的討論
4.4.1 關于在新規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的許多特點是很誘人的,我們很想將其列為首選試件,但是上一階段所做試驗次數終究有限,說服力還不夠充分,再說試驗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給試驗提一個參考意見。
4.4 其他有關規程制定問題的討論
4.4.1 關于在新規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的許多特點是很誘人的,我們很想將其列為首選試件,但是上一階段所做試驗次數終究有限,說服力還不夠充分,再說試驗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給試驗提一個參考意見。

圓管恒壓力磨削檢測:
4.4.2 關于在新規程中對試件材質提出嚴格要求的想法
目前在砂帶磨削性能測試中所使用的試件材質多數為45#優質碳素鋼、S304(0Cr18Ni9)不銹鋼和TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金鋼。然而當前市場供應存在不規范的情況相當普遍,要想采購到合乎標準的材料十分困難,試車中就遇到很多問題。試件作為考核砂帶性能的對照物,材質符合標準是必要條件,否則試驗結果就缺乏公信力。所以在制定新規程時建議對試件材質作出嚴格要求,應確定試件的定點供應單位,以保證試件的一致性。
4.4.3 在新規程中應對試驗機有關工況參數的示值誤差作出限定
試驗機是砂帶磨削性能測試系統組成中的重要環節,每一項工況參數的測試誤差都會影響到測試結果的準確度和離散性。這里的誤差有兩層含義,一是指工況參數示值相對檢定用標準器件示值的偏差,即通常所說的“示值誤差”;另一是指工況參數的示值相對該參數設定值的偏差,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都必須在規程中根據其重要程度,分別明確規定這兩種誤差的允差,例如:砂帶線速度、磨削壓力、進給速度、砂帶延伸率、主電機電流、切除長度和接觸輪橡膠層硬度等。
4.4.4 如何評價砂帶磨削性能的優劣?
如今在評價砂帶鋒利性時,多用“標準切除率”這個參數,即總切除重量g / 磨削時砂帶與試件接觸區的寬度cm / 磨削時間累計值min。是否合理?值得討論。在試車中就感覺砂帶周長的長短會影響總切除重量的多少,而在“標準切除率”這個參數中是無法反映周長的影響。再說磨削時間累計值的取值方法也有講究,會影響“標準切除率”這個參數的大小,如果取的磨削次數很多,在后階段砂帶已處于鈍化階段,這時的切除能力很低,計算下來,總切除量雖有增加,可是“標準切除率”卻不高,會比磨削次數較少時的計算結果差很多,因為后者是在砂帶鋒利期采集的切除量數值。因此經常會出現“標準切除率”高,而總切除重量低,和“標準切除率”低,而總切除重量高的矛盾情況,到底應如何評價這兩種砂帶的優劣呢?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方法?盼望大家討論。
4.5對試驗機下步改進的建議
根據在試車中的感受,對試驗機需作改進的地方提出如下建議。
4.5.1建議增加測溫系統
砂帶磨削過程必然會產生切削熱,由此引起被磨工件的溫度提高,嚴重時將造成工件表面的灼傷;因此非常有必要在磨削試驗過程中對被磨試件溫度的變化進行監控,使其不超過200°C。目前試車時是采用手持式紅外測溫儀在每次磨削后對試件進行測溫,比較麻煩,所以建議在試驗機上增設在線式紅外測溫頭,隨時監測試件溫度,當超過一定限度后發出報警訊號。
4.5.2建議改進吸塵口的設計
目前的吸塵口非常容易產生切屑的堆積,主要是因為磨削產生的高溫鐵屑受到吸塵口的阻擋,逐漸堆積并產生熔融態的金屬塊狀物,嚴重時會堆高到接近砂帶表面,造成安全隱患。
所以建議改進設計,使鐵屑無從堆積。另外目前吸塵風量過大,既引起很大噪聲,又不利節約能源,也應是吸塵口改進設計中需考慮的問題。
4.5.3建議在砂帶磨削記錄表中增加更多的工況參數實測記錄
從現在的記錄表中可查閱的工況參數實測值不多,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,當然通過趨勢圖可看到更多的磨削試驗情況,但是一是只能上機查看,脫機狀態就無法了解實際的磨削工況值;二是趨勢圖一般只保存一個月,這主要是受計算機存儲空間的限制。所以適當在紙質文件上記錄更多的工況值是很有必要的。希望能增加的參數值有:砂帶線速度、砂帶電機電流、砂帶張緊力、砂帶打滑率、試件轉速和進給速度等6項。
結語
通過以上試驗與研究表明:SDSY-50B數控砂帶磨削性能試驗機是一臺高性能的數控砂帶磨削試驗機,自動化程度高,減少了人工干預的誤差,提高了磨削性能檢測的精準度,在行業內可針對各企業涂附磨具產品做定向性能的檢測和使用性能的開發,對涂附磨具產品的開發和研制,將起到巨大的推動作用。同時它為涂附磨具產品的數字化提供了條件,為涂附磨具產業轉型升級,向先進制造業邁進提供了著力點。因此,有必要繼續研究和開發試驗機的性能與應用,使它更好地為產業服務。
4.4.2 關于在新規程中對試件材質提出嚴格要求的想法
目前在砂帶磨削性能測試中所使用的試件材質多數為45#優質碳素鋼、S304(0Cr18Ni9)不銹鋼和TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金鋼。然而當前市場供應存在不規范的情況相當普遍,要想采購到合乎標準的材料十分困難,試車中就遇到很多問題。試件作為考核砂帶性能的對照物,材質符合標準是必要條件,否則試驗結果就缺乏公信力。所以在制定新規程時建議對試件材質作出嚴格要求,應確定試件的定點供應單位,以保證試件的一致性。
4.4.3 在新規程中應對試驗機有關工況參數的示值誤差作出限定
試驗機是砂帶磨削性能測試系統組成中的重要環節,每一項工況參數的測試誤差都會影響到測試結果的準確度和離散性。這里的誤差有兩層含義,一是指工況參數示值相對檢定用標準器件示值的偏差,即通常所說的“示值誤差”;另一是指工況參數的示值相對該參數設定值的偏差,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都必須在規程中根據其重要程度,分別明確規定這兩種誤差的允差,例如:砂帶線速度、磨削壓力、進給速度、砂帶延伸率、主電機電流、切除長度和接觸輪橡膠層硬度等。
4.4.4 如何評價砂帶磨削性能的優劣?
如今在評價砂帶鋒利性時,多用“標準切除率”這個參數,即總切除重量g / 磨削時砂帶與試件接觸區的寬度cm / 磨削時間累計值min。是否合理?值得討論。在試車中就感覺砂帶周長的長短會影響總切除重量的多少,而在“標準切除率”這個參數中是無法反映周長的影響。再說磨削時間累計值的取值方法也有講究,會影響“標準切除率”這個參數的大小,如果取的磨削次數很多,在后階段砂帶已處于鈍化階段,這時的切除能力很低,計算下來,總切除量雖有增加,可是“標準切除率”卻不高,會比磨削次數較少時的計算結果差很多,因為后者是在砂帶鋒利期采集的切除量數值。因此經常會出現“標準切除率”高,而總切除重量低,和“標準切除率”低,而總切除重量高的矛盾情況,到底應如何評價這兩種砂帶的優劣呢?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方法?盼望大家討論。
4.5對試驗機下步改進的建議
根據在試車中的感受,對試驗機需作改進的地方提出如下建議。
4.5.1建議增加測溫系統
砂帶磨削過程必然會產生切削熱,由此引起被磨工件的溫度提高,嚴重時將造成工件表面的灼傷;因此非常有必要在磨削試驗過程中對被磨試件溫度的變化進行監控,使其不超過200°C。目前試車時是采用手持式紅外測溫儀在每次磨削后對試件進行測溫,比較麻煩,所以建議在試驗機上增設在線式紅外測溫頭,隨時監測試件溫度,當超過一定限度后發出報警訊號。
4.5.2建議改進吸塵口的設計
目前的吸塵口非常容易產生切屑的堆積,主要是因為磨削產生的高溫鐵屑受到吸塵口的阻擋,逐漸堆積并產生熔融態的金屬塊狀物,嚴重時會堆高到接近砂帶表面,造成安全隱患。
所以建議改進設計,使鐵屑無從堆積。另外目前吸塵風量過大,既引起很大噪聲,又不利節約能源,也應是吸塵口改進設計中需考慮的問題。
4.5.3建議在砂帶磨削記錄表中增加更多的工況參數實測記錄
從現在的記錄表中可查閱的工況參數實測值不多,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,當然通過趨勢圖可看到更多的磨削試驗情況,但是一是只能上機查看,脫機狀態就無法了解實際的磨削工況值;二是趨勢圖一般只保存一個月,這主要是受計算機存儲空間的限制。所以適當在紙質文件上記錄更多的工況值是很有必要的。希望能增加的參數值有:砂帶線速度、砂帶電機電流、砂帶張緊力、砂帶打滑率、試件轉速和進給速度等6項。
結語
通過以上試驗與研究表明:SDSY-50B數控砂帶磨削性能試驗機是一臺高性能的數控砂帶磨削試驗機,自動化程度高,減少了人工干預的誤差,提高了磨削性能檢測的精準度,在行業內可針對各企業涂附磨具產品做定向性能的檢測和使用性能的開發,對涂附磨具產品的開發和研制,將起到巨大的推動作用。同時它為涂附磨具產品的數字化提供了條件,為涂附磨具產業轉型升級,向先進制造業邁進提供了著力點。因此,有必要繼續研究和開發試驗機的性能與應用,使它更好地為產業服務。
2014年6月于鄭州