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超声波砂带磨削运动与机理

发布时间:2018-9-12
  将超声波振动叠加到开式砂带磨削运动上,使平面磨床砂带在磨削过程中以超声频振动,达到提高加工质量和效率的目的,称为超声波砂带磨削。这是一种复合加工工艺,实现超声波振动与砂带磨削的叠加要解决三个问题。
  ①波的反射对叠加效果的影响 根据声学理论可知,当超声波射到两种介质的平面分界面上时,产生反射波与折射波,反射波消耗声能,折射波是加工用的有效声能。在超声波振动系统设计中应尽量减少反射面,分界面应具有良好的平面度及粗糙度,系统应有利于超声能量向加工区传播。
  ②超声波振动负载大小的决定 接触辊是作为负载来处理的,在平面磨床设计超声波振动变幅杆时,要考虑负载的大小。经实验,一般应使接触辊的横向尺寸小于1/10波长,纵向尺寸小于1/4波长。满足这一条件时,接触辊直径最大为30mm,长度为75mm。接触辊过大,将影响超声波振动系统的固有频率,超声波发生器频率调节范围内找不到共振频率或根本不振动。
  ③超声波振动叠加方向的选择 以接触辊为参照系,超声波振动可沿X、y、Z三个方向叠加。但实际上沿接触辊径向,即垂直于磨床砂带与工件接触面方向上,叠加超声波振动较易实现。
  超声波砂带精密磨削时有四个运动:工件随主轴的回转运动(主运动),磨床砂带缓慢的送带运动,砂带头架沿工件加工表面方向的进给运动,接触辊的超声波振动。砂带磨削运动实现磨料对工件表面的切削、刻划与滑擦作用。接触辊的超声波振动有冲击磨削作用。砂带获得振动的每个振动周期,磨粒与切屑都有一个脱离接触面的瞬间,促进磨床磨削液向磨削区扩散,促进了润滑作用,防止了黏结区形成,降低了摩擦因数与摩擦力。超声波振动使能量集中在磨粒的局部小范围内,使磨粒与工件接触区产生微观软化,降低了工件材料表层塑性变形抗力;同时材料晶格缺陷吸收超声波能量,激活位错的扩展,使加工变得容易。超声波强化作用使超声波砂带磨削能够提高加工质量和加工效率。
  因磨床砂带送带速度缓慢,磨床砂轮架进给速度起继续加工作用。在考察运动轨迹合成时,可忽略不计。因此,砂带上某颗磨粒的运动轨迹为s1与X接的位移合成,即
  运动轨迹合成运动是一条以阿基米德螺旋线为中性轴的简谐振动。只要以与厂互为质数,运动轨迹就不会重复,磨削轨迹成均匀的网纹。
  将抛光砂带用于收录机磁头、计算机硬盘铝合金基体的抛光与纹理加工。采用图20所示的开式系统加工硬盘环形纹理,使用4000#刚玉砂带,砂带厚25/1m,磨粒平均尺寸3btm,工件转速为400r/min,接触辊直径为35mm,加压负荷为22N,砂带进给速度为500mm/min,加工20s即可获得良好的加工效果。
  用超声波砂带精密磨削硬盘基体,使用聚酯薄膜砂带,切削速度35m/min,采用滚花表面接触辊,其表面加工粗糙度Ra=0.043btm,加工时间125min,用光滑表面接触辊,得 Ra=0.073btm,平均加工时间为20min。
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