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涂覆磨具基材种类与制作处理 |
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作者：五羊-本田摩托(广州)有限公司 潘智文 |
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作为砂带构成的三大要素之一的基材是砂带磨粒和粘剂的载体，同时砂带特性的诸多方面也由基材体现，如砂带的柔性是由基材转移而来，尺寸规格也取决于基材尺寸，接头形式也主要是对基材进行。可见基材的好坏将直接影响着砂带加工特性及寿命。再从砂带的加工过程看，基材要求所传递的功率，承受加工中的机械力及高温时既不伸缩，也不断裂。这就不仅要求基材具有一定的抗拉强度，抗剪强度，抗破裂强度，热稳定性，而且要有一定的韧性，尺寸精度以减少砂带运转中的疲劳破坏，冲击振动等，同时还因为基材的质量将通过磨粒而反映到加工件表面上去。不同的基材，不同的基材编织方式及制造工艺将决定不同性质的基材及其应用场合，基材也是涂覆磨具研究发展的一个极其重要的方面。
1 基材的种类及应用
常用的基材有以下几类：纸、胶膜、布、硫化纤维、聚酯纤维及复合基材等。每种基材又根据所需的柔性，强度及材料去除率又可分为不同的强度等级。
1.1 纸基材和胶膜基材
纸用作基材历史久远，成本低，其表面平整，加工表面粗糙度比布基材的低，但强度和韧性较差，负载能力不如布基材。胶膜用作基材国内还少见，在国外(如英国)已有应用并作为高精度磨具的发展方向之一，但它和轻载纸一样受到粗加工中传递功率大、承受压力高的限制而常用于轻载的手动抛光及木材加工中。
随着制造技术的进步，人们已能生产出高强度的重载纸，重载纸生产过程中加入了高聚物使其强度进一步提高。以往的纸基材都是把三层或四层或更多层的纸叠合在一起以获得所需的强度，而重载纸只需一层或两层所获得的强度还更大，且热敏感性小。纸基材无论从长度还是宽度上都比较易于获得，因而纸基材越来越受青睐。我国原来试制的环形纸砂带只能用于低负荷的精磨或抛光中，但自从二砂引进涂覆磨具生产线后，现可生产不同规格及用途的纸基砂带供选用，且强度较高，但对重载纸的研制还缺乏。然而，重载纸是基材发展的一个重要方向。
为了提高纸基材湿磨削的强度及柔性，常在纸基中添加或涂覆橡胶、树脂或其他材料。
1.2 布基材
由棉织或合成纤维制作而成，基体内浸透增加强度的高聚物。棉织布基分两大类：一类是柔性较好的轻载布——细斜纹布(J)，另一类是重载布——粗斜织布(X)。显然，粗斜纹布强度大，柔性差，用于改装机床上的磨加工，也用于圆盘磨床或砂带磨床上粗加工。对于表面复杂而只需保持其外形时，使用无纺布基体较适合，但磨除率较低。布基材还常分成四种型号供选用：J 型、X 型、Y 型、S 型。J 型属轻载布，质地柔软，用于粗磨成型抛光中：X 型布基强劲有力，经久耐用，适于重载磨削加工：Y 型布较X 型重30%，这种重载布基不仅抗拉强度大，而且对刺穿、破裂、皱纹或拆叠都更具抗性。事实证明它对线材、板材的宽砂带磨削都很适合，S 型是棉织布，用于组合宽砂带机中。
布基材应用范围最广，加入高聚物的棉织或纤维布基材对各种冷却液有较好的抗性。在高速砂带磨削中，经过合理选择的磨粒必须与高强度的基材相匹配，这时常常考虑布基材。
1.3 硫化纤维基材
这种基材是由硫化纤维层压而成。硫化纤维是以破棉布为原料再经化学处理使棉絮纤维胶化而成，其特点是质地坚硬，强劲有力，韧性好，但仍保持其柔曲性能且对冷却液不敏感。将数层胶化纸重叠一起经硫化并研磨平整而制成的纤维基材制作的涂覆磨具可用于制作磨片，并可用于辊筒磨光机。
1.4 聚酯纤维基材
聚酯材料具有诸多优点：本身具有耐水性，可不需耐水处理而广泛应用于干磨削，润滑油磨削及水冷却磨削中。同棉布基材相比，它具有更大的抗拉强度，抗破裂强度及抗剪强度，它完全能满足粗加工要求，高速磨削时能传递100kW 以上的功率，还具有及时缓冲并吸收周期振动载荷的能力。表1是棉织基材和聚酯基材性能比较情况。聚酯还可以和棉织布或纸等组成新的复合基材。聚酯纤维出现后得到了迅速发展，并引起世界各国砂带制造厂的重视，被美国Norton公司誉为“登峰造极”的涂覆磨具基材。
1.5 复合基材
这是由两种或多种不同基材材料层压在一起形成的基材。如纸和布的复合基材，它集两者之优点于一身，当然制造也更困难。可用于高速滚筒式磨光机上：硫化纤维和布的复合基材主要用于制作磨片：登尼尔纤维、织布及聚酯添加剂的联合体基材，不但对多种磨削液具有稳定性，而且具有高的韧性和对热不敏感性。这种联合体还可以做到从“软到硬”的不同产品。具有柔性的复合基材可用在需适合特定形状或软接触轮加工的情况：而较“硬”的复合基材用于加工硬金属材料或使用橡胶接触轮的情况。
此外，有的工厂已开发细金属网作砂带的基材，可用于某些强力磨削中，效果很好。这些基材在电解砂带磨削中和软钢带基材可充当阴极用。表1 棉基材和聚酯基材性能比较
| 基材材料 | 重量
盎可/码 | 弯曲时抗拉强度
(磅/英吋2) | 破裂强度
(磅/英吋2) | 剪切强度
(磅/3英吋2) | | X重型绵织 | 7.0 | 200.0 | 100.0 | 300.0 | | Y重型绵织 | 8.8 | 250.0 | 125.0 | 350.0 | | X重型聚酯 | 6.3 | 280.0 | 150.0 | 300.0 | | Y重型聚酯 | 7.8 | 375.0 | 200.0 | 350.0 |
2 基材的编织方式
基材的发展不仅表现在基材材料上的进步，而且也表现在编织技术上的改进。不同的编织方式使得基材的性能有较大的变化，图1和图2分别展示了传统的织布方式和目前国外比较先进被称作“E系统”编织方式(亦称“绑结式”)的结构特征。
“E 系统”编织方式是国外70年代初才引入的，它标志着磨削中起重要作用的新一代基材的开端。这种独特设计的纤维构形是相互垂直布置的线股绳在它们的交接点处，由另外的细丝线绑结起来，并在半成品上涂有合成树脂，以提高其抗拉强度和耐热性能。由于它不呈现编织状态，其长度可达数千米连续不断的线股绳保证了这种基材没有传统编织纤维的缺陷，如铰接、曳引张力、部分地方的线绳松散。而这些缺陷在细粒度磨削时是难以遮挡的，从而在对不锈钢或其他金属精加工时传统编织砂带磨削会产生痕斑。再有承担主要载荷的纤维股绳未受到卷曲、弯皱，且线绳间的摩擦也减少。所有这些都使得E系统编织具有更高抗拉伸强度、抗破损强度、抗剪强度及抗形变能力。从而可延长磨具寿命，使用性能也大为改观。  
图1 具有缺陷的传统织布方式 图2 “E 系统”编织方式——绑结式
3 基材柔性的转移——机械柔曲
涂覆磨具被称作柔性磨具，而其柔性主要来源于基材。制造好的涂覆磨具在转换成各种规格的加工产品之前，基材、粘结剂和磨粒的联合体通常都较硬，为了使其具有柔性，可以把它绕在一个半径较小的轮上进行低速运转，使其最外层产生挠裂，并把基材的柔性转移给整个磨具，挠裂使得树脂(粘剂)“小岛”及相互铰接的磨粒在挠裂边缘处分离开来。由此磨具整个结构基本上显示出基材所具有的柔性，这个过程通常称为机械柔曲。虽然柔曲可能使磨具的寿命有所下降，但是经柔曲处理过的磨具更容易达到加工所需的精度，以及较低的粗糙度，并且在加工运转中更为平稳可靠，在经过小曲率接触轮时可防止载荷作用产生不规则断裂或其他有害的破裂。
4 常用涂覆磨具闭式砂带基材的尺寸规格及接头
砂带尺寸规格取决于基材，因为从砂带制造过程看是先有基材，后有砂带。制成的大卷砂带转化成各种规格产品也主要是针对基材进行裁剪。从砂带宽度上可粗略地划分如下系列。
窄系列砂带：尺寸宽度在6.5～5mm，其长度可达数米，这种系列砂带应用广泛，主要应用于零件难于到达部位的磨削，如剪刀指孔，医疗器械及小型手用工具等。
中型宽度系列：尺寸宽在50～100mm 之间，常用于有张紧座的砂带机或手持磨削情况。典型的应用是粗磨削医疗器械，汽轮机叶片及高尔夫球棒的抛光。
重载磨削宽度系列：尺寸宽为100～300mm，这类砂带在许多应用场合都需专门夹具对工件进行定位及夹紧。显然其应用场合是重载磨削。
宽砂带系列：尺寸大于300mm 的砂带常称为宽砂带，加工大型平板面一般都采用宽砂带。宽砂及相应的磨床制造都更困难。在高速运行中容易产生折皱而影响加工质量。
砂带接头也是针对基材而言，因为接头时需先将磨粒及基材表面粘结剂打磨掉，然后再磨基材接头边缘，常用的接头方式有平接和搭接两类，而平接又可分为直边接头和正弦波型边接头，见图3所示。
图3 砂带常用接头形式
图3(a)的搭接式应注意旋向，上面边缘应是进入磨削的方向，可使接头受压有利于稳固。(b)和(c)的平接头下有一层薄而强的聚脂薄膜，这种接头适于高速磨削，且旋向不受限制，(b)和(c)相比，正弦波平接头的强度(表2)和柔曲性都更好。因为正弦波基材本身有相互钳制作用(c)中右图比左图具有更均匀的应力分布。总之，正弦波接头是较先进的接头形式，运行时比直边平接头平稳，不易出现痕迹，而且减少了直边平接头中常有的铰接现象。国产砂带常为图3(a)(b)两种接头形式。表2 接头处抗拉伸强度比较示例
| 聚酯薄膜厚度 | 直边平接式 | 正弦边平接式 | | 0.003" | 85磅/吋 | 110磅/吋 | | - | 强度提高29% |
此外，国外还开发了许多特殊接头法，如焊接接头法，螺旋形接头法及波浪形拼接等。
基材在接头处会存在一定的厚度差，这会影响加工质量，但随着技术进步，现在生产的砂带，接头处的厚度差已经可以达到砂带其余部份厚度差的水平。
近年来，随着加工要求的提高，砂带基材正朝着高强度、高耐磨性、长寿命、低伸缩性、无接头及高精度等方向发展。(end)
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(7/16/2007) |
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