作為砂帶構(gòu)成的三大要素之一的基材是砂帶磨粒和粘劑的載體，同時砂帶特性的諸多方面也由基材體現(xiàn)，如砂帶的柔性是由基材轉(zhuǎn)移而來，尺寸規(guī)格也取決于基材尺寸，接頭形式也主要是對基材進(jìn)行�？梢娀牡暮脡膶⒅苯佑绊懼皫Ъ庸ぬ匦约皦勖�。再從砂帶的加工過程看，基材要求所傳遞的功率，承受加工中的機(jī)械力及高溫時既不伸縮，也不斷裂。這就不僅要求基材具有一定的抗拉強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度，抗破裂強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性，而且要有一定的韌性，尺寸精度以減少砂帶運轉(zhuǎn)中的疲勞破壞，沖擊振動等，同時還因為基材的質(zhì)量將通過磨粒而反映到加工件表面上去。不同的基材，不同的基材編織方式及制造工藝將決定不同性質(zhì)的基材及其應(yīng)用場合，基材也是涂覆磨具研究發(fā)展的一個極其重要的方面。
1 基材的種類及應(yīng)用
常用的基材有以下幾類：紙、膠膜、布、硫化纖維、聚酯纖維及復(fù)合基材等。每種基材又根據(jù)所需的柔性，強(qiáng)度及材料去除率又可分為不同的強(qiáng)度等級。
紙基材和膠膜基材
紙用作基材歷史久遠(yuǎn)，成本低，其表面平整，加工表面粗糙度比布基材的低，但強(qiáng)度和韌性較差，負(fù)載能力不如布基材。膠膜用作基材國內(nèi)還少見，在國外(如英國)已有應(yīng)用并作為高精度磨具的發(fā)展方向之一，但它和輕載紙一樣受到粗加工中傳遞功率大、承受壓力高的限制而常用于輕載的手動拋光及木材加工中。
隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，人們已能生產(chǎn)出高強(qiáng)度的重載紙，重載紙生產(chǎn)過程中加入了高聚物使其強(qiáng)度進(jìn)一步提高。以往的紙基材都是把三層或四層或更多層的紙疊合在一起以獲得所需的強(qiáng)度，而重載紙只需一層或兩層所獲得的強(qiáng)度還更大，且熱敏感性小。紙基材無論從長度還是寬度上都比較易于獲得，因而紙基材越來越受青睞。我國原來試制的環(huán)形紙砂帶只能用于低負(fù)荷的精磨或拋光中，但自從二砂引進(jìn)涂覆磨具生產(chǎn)線后，現(xiàn)可生產(chǎn)不同規(guī)格及用途的紙基砂帶供選用，且強(qiáng)度較高，但對重載紙的研制還缺乏。然而，重載紙是基材發(fā)展的一個重要方向。
為了提高紙基材濕磨削的強(qiáng)度及柔性，常在紙基中添加或涂覆橡膠、樹脂或其他材料。
布基材
由棉織或合成纖維制作而成，基體內(nèi)浸透增加強(qiáng)度的高聚物。棉織布基分兩大類：一類是柔性較好的輕載布——細(xì)斜紋布(J)，另一類是重載布——粗斜織布(X)。顯然，粗斜紋布強(qiáng)度大，柔性差，用于改裝機(jī)床上的磨加工，也用于圓盤磨床或砂帶磨床上粗加工。對于表面復(fù)雜而只需保持其外形時，使用無紡布基體較適合，但磨除率較低。布基材還常分成四種型號供選用：J 型、X 型、Y 型、S 型。J 型屬輕載布，質(zhì)地柔軟，用于粗磨成型拋光中：X 型布基強(qiáng)勁有力，經(jīng)久耐用，適于重載磨削加工：Y 型布較X 型重30%，這種重載布基不僅抗拉強(qiáng)度大，而且對刺穿、破裂、皺紋或拆疊都更具抗性。事實證明它對線材、板材的寬砂帶磨削都很適合，S 型是棉織布，用于組合寬砂帶機(jī)中。
布基材應(yīng)用范圍最廣，加入高聚物的棉織或纖維布基材對各種冷卻液有較好的抗性。在高速砂帶磨削中，經(jīng)過合理選擇的磨粒必須與高強(qiáng)度的基材相匹配，這時常�？紤]布基材。
硫化纖維基材
這種基材是由硫化纖維層壓而成。硫化纖維是以破棉布為原料再經(jīng)化學(xué)處理使棉絮纖維膠化而成，其特點是質(zhì)地堅硬，強(qiáng)勁有力，韌性好，但仍保持其柔曲性能且對冷卻液不敏感。將數(shù)層膠化紙重疊一起經(jīng)硫化并研磨平整而制成的纖維基材制作的涂覆磨具可用于制作磨片，并可用于輥筒磨光機(jī)。
聚酯纖維基材
聚酯材料具有諸多優(yōu)點：本身具有耐水性，可不需耐水處理而廣泛應(yīng)用于干磨削，潤滑油磨削及水冷卻磨削中。同棉布基材相比，它具有更大的抗拉強(qiáng)度，抗破裂強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度，它完全能滿足粗加工要求，高速磨削時能傳遞100kW 以上的功率，還具有及時緩沖并吸收周期振動載荷的能力。表1是棉織基材和聚酯基材性能比較情況。聚酯還可以和棉織布或紙等組成新的復(fù)合基材。聚酯纖維出現(xiàn)后得到了迅速發(fā)展，并引起世界各國砂帶制造廠的重視，被美國Norton公司譽為“登峰造極”的涂覆磨具基材。
復(fù)合基材
這是由兩種或多種不同基材材料層壓在一起形成的基材。如紙和布的復(fù)合基材，它集兩者之優(yōu)點于一身，當(dāng)然制造也更困難�？捎糜诟咚贊L筒式磨光機(jī)上：硫化纖維和布的復(fù)合基材主要用于制作磨片：登尼爾纖維、織布及聚酯添加劑的聯(lián)合體基材，不但對多種磨削液具有穩(wěn)定性，而且具有高的韌性和對熱不敏感性。這種聯(lián)合體還可以做到從“軟到硬”的不同產(chǎn)品。具有柔性的復(fù)合基材可用在需適合特定形狀或軟接觸輪加工的情況：而較“硬”的復(fù)合基材用于加工硬金屬材料或使用橡膠接觸輪的情況。
此外，有的工廠已開發(fā)細(xì)金屬網(wǎng)作砂帶的基材，可用于某些強(qiáng)力磨削中，效果很好。這些基材在電解砂帶磨削中和軟鋼帶基材可充當(dāng)陰極用。
2 基材的編織方式
基材的發(fā)展不僅表現(xiàn)在基材材料上的進(jìn)步，而且也表現(xiàn)在編織技術(shù)上的改進(jìn)。不同的編織方式使得基材的性能有較大的變化，圖1和圖2分別展示了傳統(tǒng)的織布方式和目前國外比較先進(jìn)被稱作“E系統(tǒng)”編織方式(亦稱“綁結(jié)式”)的結(jié)構(gòu)特征。
“E 系統(tǒng)”編織方式是國外70年代初才引入的，它標(biāo)志著磨削中起重要作用的新一代基材的開端。這種獨特設(shè)計的纖維構(gòu)形是相互垂直布置的線股繩在它們的交接點處，由另外的細(xì)絲線綁結(jié)起來，并在半成品上涂有合成樹脂，以提高其抗拉強(qiáng)度和耐熱性能。由于它不呈現(xiàn)編織狀態(tài)，其長度可達(dá)數(shù)千米連續(xù)不斷的線股繩保證了這種基材沒有傳統(tǒng)編織纖維的缺陷，如鉸接、曳引張力、部分地方的線繩松散。而這些缺陷在細(xì)粒度磨削時是難以遮擋的，從而在對不銹鋼或其他金屬精加工時傳統(tǒng)編織砂帶磨削會產(chǎn)生痕斑。再有承擔(dān)主要載荷的纖維股繩未受到卷曲、彎皺，且線繩間的摩擦也減少。所有這些都使得E系統(tǒng)編織具有更高抗拉伸強(qiáng)度、抗破損強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及抗形變能力。從而可延長磨具壽命，使用性能也大為改觀。
3 基材柔性的轉(zhuǎn)移——機(jī)械柔曲
涂覆磨具被稱作柔性磨具，而其柔性主要來源于基材。制造好的涂覆磨具在轉(zhuǎn)換成各種規(guī)格的加工產(chǎn)品之前，基材、粘結(jié)劑和磨粒的聯(lián)合體通常都較硬，為了使其具有柔性，可以把它繞在一個半徑較小的輪上進(jìn)行低速運轉(zhuǎn)，使其最外層產(chǎn)生撓裂，并把基材的柔性轉(zhuǎn)移給整個磨具，撓裂使得樹脂(粘劑)“小島”及相互鉸接的磨粒在撓裂邊緣處分離開來。由此磨具整個結(jié)構(gòu)基本上顯示出基材所具有的柔性，這個過程通常稱為機(jī)械柔曲。雖然柔曲可能使磨具的壽命有所下降，但是經(jīng)柔曲處理過的磨具更容易達(dá)到加工所需的精度，以及較低的粗糙度，并且在加工運轉(zhuǎn)中更為平穩(wěn)可靠，在經(jīng)過小曲率接觸輪時可防止載荷作用產(chǎn)生不規(guī)則斷裂或其他有害的破裂。
4 常用涂覆磨具閉式砂帶基材的尺寸規(guī)格及接頭
砂帶尺寸規(guī)格取決于基材，因為從砂帶制造過程看是先有基材，后有砂帶。制成的大卷砂帶轉(zhuǎn)化成各種規(guī)格產(chǎn)品也主要是針對基材進(jìn)行裁剪。從砂帶寬度上可粗略地劃分如下系列。
窄系列砂帶：尺寸寬度在6.5～5mm，其長度可達(dá)數(shù)米，這種系列砂帶應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用于零件難于到達(dá)部位的磨削，如剪刀指孔，醫(yī)療器械及小型手用工具等。
中型寬度系列：尺寸寬在50～100mm 之間，常用于有張緊座的砂帶機(jī)或手持磨削情況。典型的應(yīng)用是粗磨削醫(yī)療器械，汽輪機(jī)葉片及高爾夫球棒的拋光。
重載磨削寬度系列：尺寸寬為100～300mm，這類砂帶在許多應(yīng)用場合都需專門夾具對工件進(jìn)行定位及夾緊。顯然其應(yīng)用場合是重載磨削。
寬砂帶系列：尺寸大于300mm 的砂帶常稱為寬砂帶，加工大型平板面一般都采用寬砂帶。寬砂及相應(yīng)的磨床制造都更困難。在高速運行中容易產(chǎn)生折皺而影響加工質(zhì)量。
砂帶接頭也是針對基材而言，因為接頭時需先將磨粒及基材表面粘結(jié)劑打磨掉，然后再磨基材接頭邊緣，常用的接頭方式有平接和搭接兩類，而平接又可分為直邊接頭和正弦波型邊接頭，見圖3所示。
(a)的搭接式應(yīng)注意旋向，上面邊緣應(yīng)是進(jìn)入磨削的方向，可使接頭受壓有利于穩(wěn)固。(b)和(c)的平接頭下有一層薄而強(qiáng)的聚脂薄膜，這種接頭適于高速磨削，且旋向不受限制，(b)和(c)相比，正弦波平接頭的強(qiáng)度(表2)和柔曲性都更好。因為正弦波基材本身有相互鉗制作用(c)中右圖比左圖具有更均勻的應(yīng)力分布�？傊�，正弦波接頭是較先進(jìn)的接頭形式，運行時比直邊平接頭平穩(wěn)，不易出現(xiàn)痕跡，而且減少了直邊平接頭中常有的鉸接現(xiàn)象。國產(chǎn)砂帶常為圖3(a)(b)兩種接頭形式。
此外，國外還開發(fā)了許多特殊接頭法，如焊接接頭法，螺旋形接頭法及波浪形拼接等。
基材在接頭處會存在一定的厚度差，這會影響加工質(zhì)量，但隨著技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)在生產(chǎn)的砂帶，接頭處的厚度差已經(jīng)可以達(dá)到砂帶其余部份厚度差的水平。
近年來，隨著加工要求的提高，砂帶基材正朝著高強(qiáng)度、高耐磨性、長壽命、低伸縮性、無接頭及高精度等方向發(fā)展。 |
