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人造板磨削机理及磨削缺陷分析

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发表于 2008-8-21 12:46:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
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人造板磨削机理及磨削缺陷分析 
  人造板磨削都是采用砂带磨削,砂带的磨削形式可分为开式和闭式两大类。开式砂带磨削多用于精密加工和局部加工;闭式砂带磨削在高效强力磨削和精密磨削两方面都有极为广泛的应用,也是砂带磨削的主流。人造板砂削大多采用闭式砂带磨削大类中的接触轮式和压磨板式两种形式。

1砂带磨削的基本要素和基本形式

1.1砂带磨削的基本要素

①砂带:它是砂光机磨削的“刀具”。

②驱动轮(或驱动机构):它是驱动砂带运动进行磨削的直接动力传递件。

③张紧轮(或张紧机构):它使砂带张紧,形成一定的初张力。

④接触方式:砂带以何种方式接触工件进行磨削,这是砂带磨削十分重要的因素。

⑤磨削参数:指砂带磨削过程中为达到磨削的目的所必须满足的条件,它包含了砂带的线速度V、工件运动速度v,磨削深度a等。

⑥磨削对象:即工件。

1.2砂带磨削的基本形式

①接触轮式。砂带通过接触轮与工件接触进行磨削,它可用于人造板的粗砂和精砂。

②压磨板式。磨削时砂带通过压磨板与工件接触,压磨板起加压作用,一般用于平面加工,可增大接触面积,提高磨削效率和工件几何精度,特别是平面度,因为人造板砂削的目的是提高板的表面平整度。该种磨削在压磨板与砂带之间设计有一层具有弹性的填充材料和耐磨衬垫(羊毛粘+石墨垫)。

2磨削分析

磨削与一般的切削加工一样,是以磨粒作为刀具切削木材的。磨屑的形成也要经历弹、塑性变形的过程,也有力和热的产生。

2.1磨削特点

磨削过程比一般切削过程复杂,这是因为它有以下特点:

①磨粒每一切刃相当一把基本切刀,但由于大多数磨粒是以负前角和小后角进行切削,切削刃具有8-14µm的圆弧半径,故磨削时刀刃对加工表面产生刮削、挤压作用,使磨削区木材发生强烈的变形。尤其是刀刃变钝后,相对于甚小的切屑厚度(一般几微米),致使切屑和加工表面变形更加严重。

②磨粒的刀刃在磨具上排列很不规则,虽然可以按磨具的组织号数及粒度等计算出切削刃间的平均距离,但各个磨粒的切刃并非全落在同一圆周或同一高度上,因此,各个磨粒的切削情况不尽相同。其中,比较凸出且比较锋利的切削刃可以获得较大的切削厚度,而有些磨粒的切削厚度很薄,还有些磨粒则只能在工件表面摩擦和刻划出凹痕,因而生成的切屑形状很不规则。

③磨削时,由于磨粒切削刃较钝,磨削速度高,切屑变形大,切削刃对木材加工表面的刻压、摩擦剧烈,所以导致了磨削区大量发热,温度很高。而木材本身导热性能较差,故加工表面会被烧焦。磨具本身亦变钝较快。

减少磨削热的方法是合理选用磨具。磨具的硬度应适当,太硬,变钝后磨粒不易脱落,它们在加工面上挤压、摩擦,会使磨削温度迅速升高。其组织也不能过紧,以避免磨具堵塞。另外,还要控制磨削深度,深度大,则磨削厚度增大,也将使磨削热增加。为了加速散热,在宽带砂光机中,采用压缩空气内冷或在砂辊表面开螺旋槽。当砂辊高速转动时,利用空气流通冷却。

④磨削过程的能量消耗大。磨削时,因切屑厚度甚小,切削速度高,滑移摩擦严重,致使加工表面和切屑的变形大。这种特征表现在动力方面,就是磨削时虽然每分钟木材磨削量不大,但因每粒切刃切下的木材体积极小,且单位时间内切下切屑数量较多,所以磨下一定质量的切屑所消耗的能量比铣下同样质量的切屑所消耗的能量要大得多
.2磨削厚度

假设砂带磨粒均匀等高地分布在基体上,砂带的速度为V,工件水平进料速度为v,则相对运动速度为V1。如果把每一颗磨粒视为圆锯片的一只锯齿,则与圆锯锯切比较可知,磨削厚度a""可按下式计算:

a""= VZ sinθ

式中:a’ —磨削厚度(mm) ;

θ —运动遇角;

VZ—每齿进料量,其与磨粒切削刃间距成正比例关系,间距增大,每齿进料量增大。

磨粒切削刃间距不是相邻磨粒之间的距离,它是指切削同一位置的两相邻磨粒之间的距离。

必须指出,以上求得的切削厚度公式都是理想的近似公式,实际上因磨粒在砂带表面上分布极不规则,所以各磨粒的切削厚度相差悬殊。但上述公式可定性地分析各因素对切削厚度的影响。

①随工件进料速度的增大,每齿进料量增大,从而磨削厚度增大。

②随砂带速度的增大,每齿进料量减小,磨削厚度减小;随砂轮(砂辊)直径的增大,运动遇角减小,磨削厚度也减小。

③砂带的粒度号愈大,每齿进料量减小,从而磨削厚度愈小。

当磨削厚度愈大时,磨粒负荷愈重,磨削力愈大,磨具磨损愈快,磨出工件的表面质量愈差。

2.3磨削力(F)

F=C.q.A

式中:q—磨削单位压力,kgf/cm2;

A—砂带与木材的接触面积;

C—砂带与木材咬合系数,可以理解为单位磨削压力下所需的磨削力。

C与木材的树种有关,根据试验:

白桦:C=2300Q/q+0.4

松木:C =1800Q/q+0.4

橡木:C=2450Q/q+0.27

2.4切削功率(P C)

3砂带的磨削机理和磨损机理

3.1砂带的磨削机理

砂带切削是由大量垂直定向排列在砂带表面上的磨粒切削刃来完成的。由于砂带表面磨粒分布均匀、等高性好、尖刃外露、切刃锋利,切削条件好,使得砂带磨削过程中,磨粒的耕犁和切削作用大,因而材料切除率大、效率高。

由于砂带的弹性接触状态,使得砂带磨粒对工件表面材料的挤压和滑擦作用大,因而磨粒有很强的研磨、抛光作用,磨削表面质量好。

由于砂带磨粒容屑空间大,磨屑堵塞造成摩擦加剧的可能性减少,由此产生的热量少。

由于砂带与工件接触弧长较大,单颗磨粒受力较小而且均匀;砂带磨粒切刃锋利,磨削时材料变形小,所产生的热量相应也小;再加上砂带周长长,散热性好,因而砂带整个磨削过程中产生的磨削力和产生的磨削热相对较少,磨削温度低,故有“冷态”磨削之称。

3.2砂带的磨损机理

作为磨具的砂带同其他任何切削加工工具一样,由于刀具和工件之间的相对运动,在加工过程中必然产生各种形式的磨损。砂带磨损在正常情况下有三种基本形式:粘盖、脱落和磨钝。粘盖和脱落两种形式往往是由于砂带选择和使用不当引起的,或者是加工的材料特别软和砂带粘结剂质量太差造成的;变钝则贯穿于整个磨削过程中。

磨粒钝化主要由磨粒的磨耗磨损和破碎磨损造成。磨耗磨损是由于磨粒与工件相对运动时摩擦所致;破碎磨损是磨粒因受冲击顶尖破碎或整个磨粒因粘结齐」的破裂而脱落。破碎磨损比磨耗磨损对磨具的磨削性能影响更大,其强烈程度取决于磨削力的大小和磨粒及粘结剂的强度。通过对砂带形貌的电镜分析,新砂带的磨粒顶部几乎没有小平台,而是参差不齐的尖峰垂直“耸立”,随着磨削的进行,顶部出现小平台的数量逐渐增多,小平台面积加大。

砂带磨损基本上可分为初期快速磨损阶段(A段)和稳定磨损阶段(B段)。一般初期磨损时间较短,若初期磨损高度以&。表示,&。的大小对工件的尺寸精度和粗糙度都有较大影响。一条新的砂带在用于精磨和抛光时,都要进行适当处理,其方法是将其在试磨件上磨削或用旧砂带对磨一下,使表面起到校平作用,其实质就是让砂带在正式加工之前人为地使之度过这个初期快速磨损阶段,经过这样的校平修正,砂带加工的精度和表面质量都会好得多。

砂带在经过初期快速磨损之后,直至使用寿命终结,砂带一直处于稳定磨损阶段。砂带表层锋刃高的磨粒,一方面切除材料,另一方面和工件发生摩擦,在峰顶部形成不断增大的磨钝小平面。同时,一些锋刃较低的磨粒逐步从砂带底部显露出来,参与磨削工作。由于参与工作的磨粒数较多,单个磨粒承受的法向压力和切向力减小,磨粒发生破碎的现象较少,而主要是摩擦

引起磨耗磨损,但仍有一些磨粒由于自身己有的裂纹等原因,在稳定磨损期间会发生破碎磨损。所以,砂带在稳定磨损期内磨损主要形式是磨耗磨损和部分的破碎磨损,磨粒的磨损量(容屑空间、锋刃磨损高度的变化量等)主要取决其磨耗量。

3.3砂带磨损的影响因素

不同的磨削力,砂带的磨损量是不同的。随着砂带磨削力的增加,砂带磨粒脱落和破碎的比例增加。这是因为磨削力增加,磨粒切削深度增大,单个磨粒的切向载荷也增大,同时摩擦发热的温度也增加,这使磨耗磨损增加,磨粒也会因为承载过大而破碎,从而使得砂带的磨损量增加。

同时,随着砂带速度的增加,砂带磨损加剧,其中磨耗磨损所占的比例增加更显著。这是因为线速度的增加,使单位时间内磨粒同工件接触的次数增多,磨粒在接触加工区内停留时间短,磨粒刃口不易切入工件,减少了实际切除量,增加了磨损过程中的滑擦和耕犁效应,使得接触区发热增加,并促使摩擦磨损的产生,有时甚至可能使微屑粘结在磨粒刃尖上,即发生所谓粘盖现象,极大地降低砂带磨削能力。另一方面,砂带速度的增加,砂带磨粒破碎磨损现象减少,这是因为砂带速度增加后,单颗磨粒磨削厚度减小、磨削力减小,因此破碎磨损变慢。

从砂带磨损曲线可知(见线图略),砂带磨损后期无曲线陡变的急剧磨损阶段,这是由于砂带是单层磨粒涂附而成,在经过以脱落为主的初期磨损阶段和进入以磨耗为主的稳定磨损阶段后,这时剩留在砂带上的磨粒,无论是粘结强度还是耐破碎特性都经受住了考验。并随磨削过程的进行,磨粒本身高度逐步减小,切刃也开始钝化,因而不易整体脱落与顶尖破碎,其磨损高度变化始终是缓慢的。在磨粒磨损后,其高度达到几乎和粘结剂相平齐的高度时,砂带也就无法再使用了。

4四砂架双面砂光机

4.1四砂架双面砂光机的结构及工作原理

四砂架双面砂光机由粗砂和精砂两部分组成。粗砂部分是采用接触轮式砂光,而精砂部分是由接触轮式和压磨板式组合砂光。压磨板与砂带之间采用羊毛粘作为弹性的填充材料,采用石墨垫作为耐磨垫。砂带在运行过程中会自由偏摆,以改善磨削质量。工件通过下运输辊和上压辊进行推进,工件上下定位也是依靠运输辊和支撑挡板进行的。上压辊为橡胶轮;下运输辊为刚性轮,其轮轴装在一个可垂直上下移动的滑块上,且用弹簧复位。

4.2砂削量的分配

砂削量分配见表1.

4.3砂光缺陷分析及对策

进板系统需要保证至少800mm的准确进板位置,所以输送辊必须处于接触状态,只有保证接触辊和输送辊准确调整好后,才能达到均匀砂光的目的,可以通过安培计进行观察检查。常见缺陷如下。

①开始端出现一段不均匀的砂光

现象:从板的前缘80-350mm处,可以明显地看到上下部分的砂光缺陷。

原因分析:接触辊相对于支撑块安装过于靠后,即上进板工作台安装过低。因而支撑挡块间的加工件运行太慢,加工件只有向前移动40cm被下一对输送滚筒输送后才能达到全速进板,即刚开始进料速度较慢。

对策:进一步向上移动接触辊,同时向上移动砂光机上面部分,并重新调节高度指示器。

②开始端出现沟槽形的砂光缺陷

现象:距板的前缘40- 103mm处,磨削出l00mm宽的沟槽。

原因:用于额定输送滚筒的补偿尺寸0.5mm(上边缘挡块和输送滚筒之间的距离)过高,因而在两对输送滚筒之间的进板速度不规则,前进速度明显下降,造成在该处的砂光量过多。

对策:将支撑挡块和两个接触辊向上各调节0.2mm,砂光机上面部分向上移动0.4mm,重新调节高度指示器。

③砂光表面出现振动擦痕

砂光表面出现的振动擦痕可能有两种类型。

一类是当改变进板速度时,振动擦痕之间的距离也随之改变。

现象:板面出现横向的波浪纹。在暗处用手电筒照射,则可以看得非常清楚。

原因:接触辊跳动或砂带接口处不光滑。当振纹出现的周期与接触辊的周期相近时,则可断定为由接触辊引起;如果振纹出现的周期与砂带的周期相近时,则可断定为砂带引起。

例:当接触辊的转速为1480r/min砂带转速为500r/min进板速度为12m/min时,如果振动擦痕是由接触辊轴承部分引起的,则擦痕间距为=12000/1480≈8mm;如果振动擦痕是砂光带引起的,则擦痕间距为=12000/500=24mm。

对策:更换接触辊的有缺陷滚珠轴承或者松动的轴承座,或者是砂光带。

另一类是进板速度改变时,振动擦痕之间的距离仍然不变。

现象:板面出现横向的波浪纹。在暗处用手电筒照射,则可以看得非常清楚。

原因:由于振动擦痕之间的距离不随进板速度的改变而改变,说明是进板运输系统故障引起进板速度不稳定造成的。

对策:检修输送系统。

④加工件被砂光成锥形

现象:从砂光加工件的运动方向看,在截面方向测量,发现板子断面被砂成锥形。

原因:接触辊间距成梯形。

对策:调整上支架与下支架间的距离,即旋转支撑丝杆,若丝杆直径为l00mm,螺距为8mm,每调整0.1 mm间距,则丝杆圆周上相对转动距离为314 x0.1/8=3.92mm。

5结束语

砂光机的精度是保证砂光质量的前提,合理分配粗砂、精砂以及压板式砂光的比例,对提高砂光质量具有重要意义,选用合适的砂带可以延长砂带的使用寿命。

参考文献:

C1]黄云,朱派龙编著.砂带磨削原理及其应用[M].重庆大学出 版社,1993.

[2]南京林产工业学院主编.木材切削原理与刀具[M].中国林业 出版社,1987
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