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新規(guī)程提出一些具體建議,分述于下:
4.1 關(guān)于恒進給磨削試驗?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?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。本試驗機采用伺服電機驅(qū)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(chuàng)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。
在恒壓力磨削過程中,壓力是主控參數(shù),試驗機是依據(jù)壓力傳感器的測值來隨時調(diào)整進給速度的快慢,以保持壓力的波動處于設(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。

在恒進給磨削過程中,進給速度是主控參數(shù),試驗機始終保持進給速度的恒定,當(dāng)試件的截面是一致時,也就實現(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,到達某一點后磨削壓力的上升迅速加快,說明砂帶已磨鈍,失去使用價值。

表4-1統(tǒng)計了B公司X產(chǎn)品在一個月內(nèi)先后做的9次恒進給磨削試驗的有關(guān)數(shù)據(jù),表中“切除重量均值”一欄是該試驗編號內(nèi)所有單次切除重量的平均值;“切除量相對差”是該試驗編號內(nèi)所有單次切除重量標準差與平均值的相對偏差。
統(tǒng)計表明:
1,恒進給磨削過程單次切除量的波動非常小,切除量的相對差基本控制在0.3%以下,足見磨削進行的很穩(wěn)定。
2,切除重量均值的波動也小,以6mm/min的進給速度為例,盡管兩次試驗間隔一個月,但是切除重量的均值僅差0.01g;再看8mm/min的進給速度,盡管7次試驗間隔也是一個月,但是切除重量均值的極差也只是0.2g,7次試驗的相對標準差僅為0.6%;說明恒進給磨削試驗的再現(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時的比值則為67%。

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


從圖4-4中不難發(fā)現(xiàn),在恒進給磨削試驗過程中,隨著進給速度的提高,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)(即磨削時間)的增長,壓力隨之增長,開始階段增長相對緩慢,但達到一定時間后,會迅速增加,直至砂帶磨削壽命終止,其中進給速度高的,磨削壓力出現(xiàn)迅速上升拐點的時間也早。
對于B公司X產(chǎn)品,采用10mm/min的進給速度,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,真像是個跑“馬拉松”的選手,具有很強的耐久力。
恒進給磨削試驗?zāi)J诫m然使用次數(shù)還不夠多,不過我們已感覺其特點突出,試驗數(shù)據(jù)非常穩(wěn)定,判斷砂帶失效的標志明顯,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?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的試件早在1987年從德國進口的砂帶磨削試驗機上就開始應(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。可能與下列兩個原因有關(guān):一是鋼管的費用要比棒料高;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強度加大。
由于圓管試件具有獨有的特點,因此本試驗機在設(shè)計時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行了一定嘗試。試驗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和1次圓管的恒進給磨削試驗。表4-4是采取恒壓力磨削的試驗條件;表4-5為圓管恒壓力試驗結(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中的標準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兩次試驗中均出現(xiàn)因瞬間壓力超過保護設(shè)限而自動退出磨削,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。所以60N的標準切除率雖然最低,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情況要比圓棒為大,分析認為一是熱軋鋼管的壁厚均勻度較差,國家標準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的原因之一,為此今后圓管必須加工內(nèi)外圓后才能進行磨削試驗;二是要設(shè)計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)生的切除重量計算誤差。
6、 對本試驗所使用的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(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(xiàn)。由此又一次使我們看到恒進給磨削試驗?zāi)J降膬?yōu)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。
對于砂帶磨削性能檢測新規(guī)程的試驗工況參數(shù),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(xù)了行業(yè)內(nèi)各企業(yè)目前較多采用的試驗方式,其磨削狀態(tài)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(diào)節(jié)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(fā)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(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(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(shù)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(guān)于在新規(guī)程中對試件材質(zhì)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(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(zhì)符合標準是必要條件,否則試驗結(jié)果就缺乏公信力。所以在制定新規(guī)程時建議對試件材質(zhì)作出嚴格要求,應(yīng)確定試件的定點供應(yīng)單位,以保證試件的一致性。
4.4.3 在新規(guī)程中應(yīng)對試驗機有關(guān)工況參數(shù)的示值誤差作出限定
試驗機是砂帶磨削性能測試系統(tǒng)組成中的重要環(huán)節(jié),每一項工況參數(shù)的測試誤差都會影響到測試結(jié)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(shù)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(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(yōu)劣?
如今在評價砂帶鋒利性時,多用“標準切除率”這個參數(shù),即總切除重量g / 磨削時砂帶與試件接觸區(qū)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(shù)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(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(shù)較少時的計算結(jié)果差很多,因為后者是在砂帶鋒利期采集的切除量數(shù)值。因此經(jīng)常會出現(xiàn)“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(yīng)如何評價這兩種砂帶的優(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方法?盼望大家討論。
4.5對試驗機下步改進的建議
根據(jù)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(tǒng)
砂帶磨削過程必然會產(chǎn)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(jiān)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(shè)在線式紅外測溫頭,隨時監(jiān)測試件溫度,當(dāng)超過一定限度后發(fā)出報警訊號。
4.5.2建議改進吸塵口的設(shè)計
目前的吸塵口非常容易產(chǎn)生切屑的堆積,主要是因為磨削產(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(shè)計,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)是吸塵口改進設(shè)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(shù)實測記錄
從現(xiàn)在的記錄表中可查閱的工況參數(shù)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(dāng)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(tài)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(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、砂帶電機電流、砂帶張緊力、砂帶打滑率、試件轉(zhuǎn)速和進給速度等6項。
結(jié)語
通過以上試驗與研究表明:SDSY-50B數(shù)控砂帶磨削性能試驗機是一臺高性能的數(shù)控砂帶磨削試驗機,自動化程度高,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,將起到巨大的推動作用。同時它為涂附磨具產(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,向先進制造業(yè)邁進提供了著力點。因此,有必要繼續(xù)研究和開發(fā)試驗機的性能與應(yīng)用,使它更好地為產(chǎn)業(yè)服務(wù)。