1．概述

    砂帶磨削幾乎能加工所有的工程材料,從一般家庭生活到工業生產的各個領域無所不用。作為有著“萬能磨削”和“冷態磨削”之稱的新型涂附磨削工藝,砂帶磨削技術已經被當作與砂輪磨削同等重要的不可缺少的加工方法。綜觀近幾年來國內外各類機床及工具展覽會情況，結合砂帶磨削在國內外各行業的應用狀況，可以看出砂帶磨削技術在制造業中發揮著越來越重要的作用，更有著廣泛的應用及發展前景。

 2．砂帶磨削技術的國內外現狀、發展趨勢

    國外的砂帶磨削發展非常迅速，自20世紀60年代以來，特別是靜電植砂及涂附磨具技術的出現及發展，歐、美、日等工業發達國家在砂帶制造技術和砂帶磨床技術上都取得了巨大的成就。在砂帶制造技術方面，隨著許多特殊的涂附磨料及涂附形式的出現，產生了如金剛石、立方氯化硼（CBN）、鋯剛玉、陶瓷磨料、復合磨料、堆積磨料等各類砂帶，使得砂帶已經能用于干磨、高速，大吃刀量等的重磨削領域，及高精密零件的磨削加工領域。日本已經開發出用軟剛帶作為基底的金剛石砂帶，可有效加工一些特殊難加工的高硬度材料，如單晶硅片等。在國際上知名的砂帶品牌有美國3M、美國Norton、德國Hermes、德國VSM、德國Klingspor、韓國DEER、日本牛頭等。在砂帶磨床方面，有大至磨削寬度5米以上的巨型平面磨床，小至牙醫用的修齒機等結構形式各異種類，另外，隨著自動化技術的發展，像六軸五聯動數控砂帶磨床、機器人砂帶磨削中心、砂帶磨削FMS、并聯機構的數控砂帶磨床都已經得到應用。砂帶磨削技術現已成為這些發達國家獲得高額經濟效益的一種重要手段,且砂帶磨削量已占磨削總加工量一半以上。

    國內的砂帶磨削技術是在20世紀70年代末才得以真正發展，隨著國內的改革開放，砂帶磨削技術日益引起了各行業、研究單位和企業的重視，加之砂帶制造技術的提高及品種的增加，使得砂帶磨削設備的研究和生產也得到了較大的發展。砂帶磨削設備開發與生產的廠家有新鄉機床廠、上海機床廠、北京二機等十來家企業；有包括鄭州三磨所、湖南大學、東北大學、廣東工業大學、廣西大學、重慶大學等在內的多家科研院所和高校。

    砂帶磨削總的趨勢正向著強力、高速、高效和精密方向發展。在磨床結構方面,從單一磨頭向大型、組合（多磨頭、多功能、多工位）形式發展。在加工工藝方面，與特種加工相結合的復合加工方法是砂帶磨削很有前途的發展方向之一，如與超聲振動結合可形成超聲砂帶精密磨削；與電化學加工結合可形成電解砂帶磨削。另一方面自動化在砂帶磨削中的應用，尤其是數控砂帶磨床及自適應控制技術的應用，使得砂帶磨削的加工效率和精度有了很大的提高，已經使得砂帶磨削精度已經進入精密和超精密加工行列。

    砂帶本身在不斷的發展和完善中。在砂帶結構方面，近年出現了堆積磨料砂帶、金字塔型砂帶、空心球型砂帶、復層砂帶、高彈性砂帶、防跑偏砂帶、不等厚砂帶、粒度復合砂帶等等。砂帶在我國的制造從國產到從磨料、半成品、成品的進口，再到與國外砂帶企業的合資等多種形式，這些都極大地豐富了我國的砂帶品種，為國內用戶提供了更大的選擇空間。

3．我國砂帶磨削技術與國外的差距

    高性能砂帶磨削技術以其獨特的工藝性、廣泛的用途、較強的適應性能得到了較廣泛地推廣，但國內砂帶磨削的發展與國外相比仍存在較大差距，主要體現在以下幾個方面：

 3.1砂帶壽命短品種規格不齊全

    目前，國產砂帶壽命一般在2～4h左右,往往使用1h就不能繼續使用,而國外砂帶的壽命可達到8～12h；從磨料品種來看,國內使用最多的兩類磨料是SiC和Al2O3,而在金剛石磨料、陶瓷氧化鋁、復合磨料等磨料的開發上基本處于空白,微粉級磨料的砂帶還沒有，因而限制了砂帶在精密和超精密加工中的應用。此外,國內砂帶寬度明顯低于國外的砂帶寬度,國內最寬砂帶在2m左右,而國外可達5m，且國內鋯剛玉砂帶也不普及。因此,開發新磨料、新基材、新粘結劑及表面涂層材料來改善磨粒的結構形態、砂帶性能和質量,提高使用壽命是砂帶磨削推廣應用的一個關鍵問題。

 3.2提高加工精度問題

    近年來,國外將砂帶磨削用于精密、超精密加工,精度已達微米級,表面粗糙度已達到Ra(0.01～0.025)μm;而國產320#砂帶的磨削精度只能達到20～10μm。原因有兩方面,一方面是國內機床的切深微進給精度較低,普通機床最小微進給在10～20μm,某些數控機床的微進給可控制到5μm,這對利用現有機床進行砂帶磨削、提高精度產生了一定影響；另一方面,砂帶磨削為彈性加工,由于彈性變形使得砂帶磨削精度降低，因此對磨削深度的微量控制問題的解決是提高砂帶磨削精度的先決條件。

 3.3砂帶磨削機理的研究差距

    砂帶磨削技術已在國內許多單位得到了推廣和應用,并取得了一定的成績,解決了許多生產中存在的問題.但對砂帶磨削過程的全面基礎理論研究、砂帶及砂帶磨削熱和磨削力的研究、砂帶磨削表面的形貌研究還遠遠落后于國外研究水平.因此,今后研究的方向應在現有基礎上,從理論上分析研究砂帶磨粒的磨削過程,推動砂帶磨削技術更廣泛地應用。

 3.3砂帶磨削機理的研究差距

    砂帶磨削技術已在國內許多單位得到了推廣和應用,并取得了一定的成績,解決了許多生產中存在的問題.但對砂帶磨削過程的全面基礎理論研究、砂帶及砂帶磨削熱和磨削力的研究、砂帶磨削表面的形貌研究還遠遠落后于國外研究水平.因此,今后研究的方向應在現有基礎上,從理論上分析研究砂帶磨粒的磨削過程,推動砂帶磨削技術更廣泛地應用。

3.4砂帶磨削的強力高效加工問題

    國外已成功地將砂帶磨削用于強力磨削,以實現大切除量和高金屬去除率磨削.如國外3M公司生產的砂帶每分鐘對鑄鐵的切削率在其砂帶寬度方向上已達到870cm3/cm，EmeersonElectric公司的砂帶磨床一次切深鑄鐵件可達5～10mm,其加工效率比銑削加工提高了5～10倍。而國內目前最高切深的砂帶磨削是由重慶三磨海達磨床有限公司研制的2M56150-4JB型砂帶磨床達到了對40Mn2高強度結構鋼的4.5mm/單次的強力磨削。因此,今后應加強研究和推廣砂帶的強力高效磨削技術,發揮砂帶潛在的加工能力,提高切削效率,解決一些難加工材料和高脆硬度材料粗加工的問題。

3.5運用現代化技術開發新型砂帶磨床的差距

    目前,國外砂帶磨床已有較大發展,全球工業發達國家有數百家砂帶磨床專業制造公司,每年向市場提供40多萬臺砂帶磨床,這些砂帶磨床（含磨頭裝置）已從初期的作為機床的附件水平發展到與砂輪磨床相匹敵的水平,并和CAX、NC、CNC等現代化技術緊密結合，出現了六軸數控砂帶磨床、機器人砂帶磨削中心、砂帶磨削FMS、并聯機構的數控砂帶磨床等先進技術和裝備，而國內砂帶磨床發展較緩慢,在研究、試驗和開發手段上比起國外都有不小的差距，我國目前砂帶磨床與砂輪磨床產量比大約為1：10左右，據統計,我國各類行業每年對砂帶磨床的需求總量約4～5萬臺，但由于受國外砂帶磨床的沖擊，國內目前砂帶磨床專業制造公司只剩下重慶三磨海達磨床有限公司、北京二機等為數不多的企業還在進行砂帶磨床生產，因此，我國砂帶磨床行業既有機遇，也存在挑戰，并有待奮起直追

 4．砂帶磨削關鍵技術

    根據國內外砂帶磨削技術的現狀和發展趨勢的分析，結合我國在砂帶磨削技術上與國外的差距，作者認為砂帶磨削的關鍵技術主要體現在以下五個主要方面。

    4.1砂帶磨削基礎研究

    砂帶磨削具有復合加工的特點，其機理較復雜，蘊含了較多科學基礎問題，盡管多年來各國學者對砂帶磨削機理做了很深的研究，但是到目前為止各類砂帶磨削的材料去除基本機理盡管國內外學者做了較多研究，但目前為止，完整的砂帶磨削的材料去除基本理論還沒有建立起來。因為表面完整性、亞表面層損傷、零件幾何形狀以及磨削和拋光加工生產能力等輸出參數受很多因素的影響，對某一企業，有可能對研磨拋光加工工藝運用或者控制得很好，但在加工前卻幾乎無法預測其加工行為。因此，有必要深入展開砂帶磨削加工機理及相關工藝的研究。只有通過對磨削機理和磨削工藝的研究,揭示各種磨削過程,磨削現象的本質,找出其變化規律,才能確定最佳的磨削范圍,獲取最佳的磨削參數。這是我們行業領域一個長期基礎研究的基本任務。

4.2砂帶磨料及制品工藝技術改進和開發

    砂帶是砂帶磨削技術發展的關鍵和重要標志，能否制造高品質的砂帶已經作為衡量一個國家砂帶磨削技術高低的標準。作為構成砂帶三要素的基體、磨料、粘結劑以及由此導致影響磨削性能的十種要素，結合近年來像高分子新材料、新技術、新工藝在涂附磨具中的廣泛應用，我國的廣大砂帶生產企業及相關研究機構應該在如下五個方面加大研究和開發力度，爭取獲得有自主知識產權的高品質砂帶：

    ①新型基體的應用和開發

    國外紙基砂帶的基體用紙通過在紙漿中加入添加劑，并通過浸漬和表明涂附處理，使紙張到達了砂帶的要求；布基砂帶中的棉纖維隨著化工技術的發展逐漸被聚酯纖維和尼龍纖維所代替，特別是聚酯纖維由于它的斷裂強度高、耐熱耐水性好、耐磨性優良已經成為重負荷砂帶的優良基體，國外最新出現的聚酯超強化薄膜基金剛石砂帶、電鍍金剛石或CBN的金屬基砂帶、銅與纖維復合基金剛石砂帶等產品，在加工非金屬材料（陶瓷和硅晶體等）方面呈現了優異的磨削性能。由于我國國產紙強度、均勻性、耐水性等方面達不到砂帶生產要求，因此我們進一步開展在這方面的研究是很有意義的。

    ②合成漿料的應用和開發

    隨著高分子材料工業的發展，利用人工合成的漿料如丙烯酸乳液與水溶性酚醛樹脂漿料、丁苯膠乳液與水溶性酚醛樹脂漿料、PVA溶液和聚醋酸乙烯乳液漿料、抗靜電漿料等等都被國外較好地應用到了砂帶生產的人工合成漿料當中，我國盡管有一些應用，但在工藝上與國外比起來差距也不小。

    ③粘結劑的應用與開發

    高分子粘結劑的應用和發展促進了砂帶磨削的發展和進步，特別是強力磨削在干、濕磨條件的性能與砂帶所使用的粘結劑密切相關，國產砂帶使用壽命短的很大一個因素就是粘結劑問題，因此有必要對砂帶使用的粘結劑如水溶性酚醛樹脂、水溶性脲醛樹脂、水溶性醇醛樹脂、水溶性白乳膠、油溶性醇醛酸清漆及環氧樹脂等進行在耐水性、耐油性、耐熱性等的改性研究和試驗，徹底地提高我國的砂帶品質。 ④磨料的應用與開發

    隨著砂帶磨削的加工對象不斷擴展，傳統的磨料已經不能滿足要求了，近年來隨著工藝的改進,鋯剛玉磨料和SG(微晶結構燒結陶瓷磨料)等已經成為在砂帶磨料里面的重要發展方向。原美國Norton公司（現已屬于法國圣哥班集團）最近又推出了SG磨料的第二代產品（TG磨料），它保留了SG的特點，在磨料形狀上作了新突破，它有很細的棒狀晶態結構，適用于緩進給磨削及加工鎳鉻鐵和鈦合金等難加工材料。據報道，TG磨料的材料去除率為鋯剛玉的4倍以上，壽命為剛玉的10倍以上。世界各大砂帶生產廠商都有自己的鋯剛玉磨料和SG磨料的砂帶，而國內這方面還出處于試制和起步階段。我們應該在這方面引起重視并發展具有自主知識產權并與此相關的復合磨料、堆積磨料砂帶。

    ⑤砂帶表面涂層的應用與開發

    近年國外出現了一種經表面涂層處理過的超涂層砂帶，其構成除了基材、磨料、底膠和復膠外，還再涂了一層具有特殊功能的涂層，它使得砂帶具有特殊的使用性能，如阻止磨屑與工件的再焊或磨粒的粘結，降低磨削界面剪切力、減少磨料磨損、消除靜電吸附、防止砂帶填塞、增加磨削表面散熱、提高砂帶切除率等等。這對磨削不銹鋼、鈦合金等難磨材料有特殊的優越性。但我國在這類特殊砂帶的開發上還基本處于空白，此類砂帶國內使用上完全依賴進口。因此，我們應該在這方面引起重視。

    另外面對激烈的國內砂帶市場競爭，作為國內的砂帶生產企業在不斷自身加大研發產品力度、提高產品質量及積極開拓市場的同時，還應該積極加強與國內各砂帶制造企業以及國外知名砂帶制造廠商的交流合作，主要體現在技術能力的研究與合作，新產品開發中技術的獲取與運用，技術在價值鏈中的運用和技術營銷等幾個方面。

4.4砂帶磨削的高效與精密加工技術研究

    砂帶磨削目前正沿著強力、高速、高效和精密方向發展。高效強力砂帶磨削在歐洲、美國和日本等一些工業發達國家發展很快,如德國的Aachen大學、Bremm大學、美國Connecticut大學等,據報道，目前砂帶磨削在德國最高線速度接近100m/s。美國EmersonElectric公司生產的砂帶磨床1臺可以完成5臺銑床的工作量，以往用硬質合金端銑刀加工鑄鐵軸承體，每件加工時間為4.8min，采用強力砂帶磨床，加工時間減少到0.8min，一年可節約加工費4.5萬美元。我國對高效強力砂帶磨削的研究已有多年的歷史,如重慶大學在90年代初中期便進行了50—60m/s的高速砂帶磨削工藝實驗，但這些高速高效強力砂帶磨削技術大多只是實驗而已,技術還不夠成熟。在實際應用中,砂帶線速度Vs一般還是15～40m/s。不過近年國內在高效砂帶磨削方面已經獲得較大突破，重慶大學對汽車和船用柴油機發動機連桿端面、西氣東輸石油管道焊縫、核電高壓容器、高合金熱軋鋼管等方面的強力砂帶磨削研究，研制了多種高效砂帶磨削的成套裝備，解決了多個涉及國民經濟發展相關的工程技術難題。

    目前,國外將砂帶磨削用于精密、超精密加工,精度已達微米級,表面粗糙度已達到Ra(0.01～0.025)μm，如日本在90年代初就利用電泳吸附現象研制成功超微磨粒砂帶，加工如精密陶瓷、石英、硅片等脆性材料的精度可達十幾個納米，并能實現塑性方式磨削。國內砂帶磨削正朝著超精密方向發展,如超聲砂帶磨削技術,這是一項由清華大學開創的具有世界領先水平的新型精密砂帶復合加工方法，該法是將超聲振動與開式砂帶磨削復合的新工藝，應用這種技術對計算機硬盤進行研拋加工，表面粗糙度可達Ra0.01μm，所用砂帶是日本的W3氧化鋁磨料的聚酯砂帶。在石材表面精密加工方面，廣東工業大學采用聚酯膜金剛石微粉涂層砂帶對石材加工實現了110光度的表面精密加工精度。

      4．5砂帶磨床國家標準的制定

    砂帶磨削技術優異性的發揮，很大程度依賴于砂帶磨床本身。因而磨床設計及制造是一項非常關鍵的工作。目前我國在這方面并沒有相關的行業技術標準，而國外發達工業國家如德國、美國、日本等均在砂帶磨床方面制定了在相關技術和產品標準，這也是他們的砂帶磨削設備在其國內得到廣泛支持和推廣的重要原因之一。在砂帶磨床的設計中，磨頭是最關鍵的，其結構方案、參數選擇及主要零部件的制造精度和剛度等指標將對工件表面質量、加工精度等產生很大影響。因此，我們迫切需要根據我國行業的實際情況建立我們國家自己的有關砂帶磨床技術、產品及評價標準，從而更好地推動砂帶磨削這一先進的高效磨削技術在我國的產業化發展，值得鼓舞的是2007年12月國家標準化委員會正式批準重慶三磨海達磨床有限公司承擔全國金屬切削機床標準化技術委員會磨床分技術委員會砂帶磨削機床工作組的籌建工作（國標委綜合[2007]104號文件），該工作組將聯合國內相關行業專家學者起草和制訂我們國家砂帶磨床的相關標準，以填補國內空白。

5．結論及展望

    經過多年的發展，我國的砂帶磨削技術在基礎研究、應用推廣方面已初具規模，并在強力、高效、精密、數控及復合加工等方面都有新的進展。但與發達工業國家相比，我國在砂帶磨削機理上的研究還不夠深入，砂帶及砂帶磨床的品種及質量有待完善及改進，砂帶磨床的數量還遠遠比不上砂輪磨床。因此，面對21世紀中國制造業的迅猛發展和砂帶磨削的良好的應用市場前景，中國砂帶磨削加工及其關鍵技術急需加強研究和完善，我國的砂帶磨削的產業化進程相信一定會取得更大的成功。