精品学习资源12CrlMoVG合金钢管砂带磨削试验及工艺争辩张磊 1，2， 余维才 3， 黄云 1，2〔1 ．重庆高校机械传动国家重点试验室，重庆 400044； 2．重庆市材料表面精密加工及成套装备工程技术争辩中心；重庆 40021；3．攀钢集团成都钢钒有限公司金堂分公司，四川 成都 610403>摘要： 争辩了 5 头无心外圆砂带磨床磨削 12CrMoVG合金钢管的磨削工艺；通过对比试验，找出了影响砂带磨削 12Cr1MoVG合金钢管表面材料去除量和表面质量的缘由，得出了较优的砂带磨削工艺参数，将该工艺参数用于钢管镀覆前的机械加工处理，可提高钢 管加工质量和加工效率，降低生产成本；关键词： 12Cr1MoVG合金钢管；砂带磨削；表面材料去除量；表面粗糙度；堵塞程度；砂带寿命12Cr1MoVG是珠光体耐热合金结构钢，具有较好的高温力学性能，冷变形时塑性高，无回火脆性倾向，切削加性较好，焊接性尚可，一般在高温正火及高温回火状态下使用；主要用于超高压锅炉中工作温度≤ 570—585℃的过热器管、介质温度≤ 570℃的管路附件 〔 法兰、法兰盖等 >，以及其他用途的锻件 〔 如平孔盖、温度计插座 >[1-4] ；在对 12Cr1MoVG合金钢管外表面制作防腐涂层 〔 涂油或镀铜等 >之前需要除去表面的氧化皮和缺陷层等，并保证确定的表面粗糙度，防止应力集中，保证其使用强度；目前常用的处理方法有清洗、工具除锈、酸洗、抛丸除锈等 4 类，而抛丸除锈是最理想的管道除锈处理方式；抛丸除锈的原理是通过大功率电机带动叶片高速旋转，使钢砂、钢丸、 铁丝段、矿物质等磨料高速喷射于金属表面，在冲击和摩擦作用下，清除金属表面的铁 锈及其他污染，并得到有确定精糙度的，显露金属本色的表面；该处理方法一方面完全 清除了铁锈、氧化物和污物；另一方面在磨料猛烈冲击和摩擦力的作用下，使钢管达到 所需要的表面粗糙度【 5】；但这种表面处理方式很简洁将抛丸所使用的磨料嵌入到待加工钢管的表面，加速了钢管表面的电化学腐蚀，不仅成本高，而且提高钢管表面质量 的才能有限；因此，急需一种既能获得较好表面加工质量，又能充分降低甚至排除引起 钢管表面电化学腐蚀不利因素的机械加工前钢管表面处理工艺；欢迎下载精品学习资源实践证明，接受磨削工艺是明显优于其他机械切削工艺的一种较好的解决方案；而砂带 磨削是一种集磨削、研磨、抛光多种功能于一体的复合加工工艺；具有磨削工件表面质 量好，不易引入污染物，加工成本低等优势；砂带磨削工艺作为与砂轮磨削同等重要的 一种现代精密加工方法，是钢管修磨工艺中最有效的手段之一 [6-8] ；本争辩通过接受不同工艺对 12CrlMoVG合金钢管进行磨削试验，分析磨料与工件间的交互作用机理，争辩了影响钢管表面的磨削质量、砂带堵塞程度及砂带寿命的主要因素，旨在找出一种适 合 12crlMoVG合金钢管高效、高质的砂带磨削加工工艺；1 试验装置及条件本试验是在重庆市材料表面精密加工及成套装备工程技术争辩中心研发的 2M5015D-5B无心外圆砂带磨床上进行的； 2M5015D-5B无心外圆砂带磨床结构如图 1 所示；1- 磨头护罩 2- 磨头组件 3- 磨头4- 压轮机构 5- 托轮升降机构 6- 托轮组件图 12M 5015D-5B无心外圆砂带磨床结构示意图欢迎下载精品学习资源为了提高磨削效率和磨削质量，该磨床共配置了 5 个浮动磨头，每个磨头所用的砂带粒度均不相同； 1—5 号磨头所用的砂带磨料粒度依次增大，工件由右向左进给一次磨削完成；工件进给接受变频调速，以适应各种工艺参数的选用；工件自转并连续送进，配 合堆料架和自动上下料架，工件多机头连续加工，上下料架接受气压把握，磨削接受恒 压力水磨方式；接受规格为 3480mm×150 mm的砂带，砂带磨料为陶瓷积存磨料、氧化铝磨料、锆 刚玉磨料、碳化硅磨料，磨料粒度号为 P24、P36、P60、P120、P240，分别对规格为 Φ 38.1mm× 9.5 × 5m〔 外径×壁厚×长度 >的 12Cr1MoVG合金钢管进行恒压力水磨；2 试验方法在进行磨削试验时，第一通过单因素试验分析磨削过程中影响 12cr1MoVG合金钢管表面质量、砂带堵塞程度及砂带寿命的主要因素；然后分析不同条件下砂带的磨损情形，具体方法如下；〔1> 转变各磨头的砂带线速度 v0 在各磨头法向磨削力不变情形下，对工件进行磨削加工；测量工件的表面粗糙度和工件磨削前后的质量并运算表面材料去除量；由于 5个磨头的砂带线速度组合有多种，很难在短时间内找出一种理想的方案；依据体会，从 多种组合方案中选择出以下 6 种速度组合方案 〔 表 1>，以求从这 6 种速度组合方案中找到一种更加切合生产实际的组合方案；欢迎下载精品学习资源〔2> 转变各磨头的磨削压力 Fn0 在磨头砂带线速度组合方案选定的情形下，对工件进行磨削加工；测量工件的表面粗糙度和工件磨削前后的质量并运算表面材料去除量；磨削压力的组合方案也有多种，从中选择出以下 6 种速度组合方案 〔 表 2>，以求在这 6种组合方案中找到一种更加切合生产实际的组合方案；欢迎下载精品学习资源〔3> 转变砂带磨料种类；在砂带线速度组合方案和磨削压力组合方案选定的前提下，分别接受碳化硅磨料砂带、氧化铝磨料砂带、锆刚玉磨料砂带与陶瓷积存磨料砂带进行磨削试验，对接受不同磨料磨削的钢管表面材料去除量和表面粗糙度进行对比；〔4> 接受多因素正交试验方法综合争辩砂带粒度、砂带线速度和磨削压力在磨削过程中对砂带堵塞程度的影响规律；〔5> 砂带寿命试验；在砂带线速度组合方案、磨削压力组合方案及砂带磨料选定的 前提下，对 12crlMoVG合金钢管进行砂带寿命 〔 耐用度>试验，观看和分析砂带随时间变化的磨损情形；3 试验分析3.1 砂带线速度组合方案分析砂带线速度对钢管表面材料去除量和表面质量均有很大影响，合理的砂带线速度组合不仅能够获得较大的材料去除量以完全清除氧化皮和油污，而且能够获得较好的表面质量；不同砂带线速度组合方案下钢管的表面材料去除量和表面粗糙度 Ra的对比如图 2~3所示：欢迎下载精品学习资源图 2 不同砂带线速度组合方案下钢管的表面材料去除量图 3 不同砂带线速度组合方案下钢管的表面粗糙度从图 2~3 可以看出，方案 6 的砂带线速度组合是 6 种方案中最理想的；接受方案 6不仅能够获得较大的钢管表面材料去除量，而且表面质量是最好的；因此，选择方案 6的砂带线速度组合进行磨削试验；3.2 磨削压力组合方案分析在砂带线速度选定的前提下，经过试验，分别得出 6 种磨削压力组合方案下 12CrlMoVG合金钢管砂带磨削后钢管的表面材料去除量和表面粗糙度 Ra的对比；如图 4~5 所示；从图 4~5 可以看出，方案 6 的磨削压力组合是 6 种方案中最理想的；接受方案 6 不仅能进一步的提高钢管表面材料去除量，而且表面质量也有进一步地提高；因此，选择方案6 的磨削压力组合进行磨削试验；欢迎下载精品学习资源3.3 不同磨料砂带磨削性能对比分析在砂带线速度和磨削压力选定的情形下，对相同粒度、不同磨料砂带磨削 12Cr1MoVG合金钢管的磨削成效进行争辩；图 6~7 所示为不同磨料下钢管的表面材料去除量和表面粗糙度 Ra的对比；从图 6~7 中不难看出，陶瓷积存磨料砂带的磨削性能最好；陶瓷积存磨料之所以具备较高的研磨品质及长时间的使用寿命，是由于积存磨料具有特殊的多层磨料的构造特性， 因此在研磨过程中，可通过不同的磨削速度实现自我锐利功能；积存磨料的研磨成效比传统磨料强 2~3 倍，研磨时间更长，磨削成效更好；欢迎下载精品学习资源3.4 砂带磨削堵塞分析在 12CrlMoVG合金钢管砂带磨削试验过程中，当砂带磨削到确定程度后显现较为严肃的堵塞现象时，会造成被磨削工件表面温度急剧上升，表面质量恶化；为了探究砂带磨削堵塞现象，本试验借助 Image-Pro Plus 专业图像分析软件，争辩陶瓷积存磨料砂带 〔 粒度号为 P36>的堵塞面积百分比随时间的变化规律，并以此作为衡量砂带磨削堵塞程度的评定依据 [11] ；图 8 所示为陶瓷积存磨料砂带 SK 840 〔 粒度号为 P36>的堵塞程度图像 〔 为便于说明，已将图像处理为灰度图 >；图 8 中白色的亮点为粘附堵塞在砂带上的 12Cr1MoVG合金钢磨屑，暗色部分为砂带尚未磨损的磨粒；在 Image-Pro Plus 专业图像分析软件的帮忙 下，经运算后得知该图像上的砂带堵塞面积百分比为 70％；欢迎下载精品学习资源图 9 砂带堵塞面积百分比随时间的变化规律<陶瓷积存料砂带 SK840，P36， v-30m/s ，水磨）通过对试验数据的统计分析，可得到砂带堵塞面积百分比随时间的变化规律 〔 图 9>；从图 9 可以看到，砂带磨削初期 〔0~7.5min > 是砂带堵塞程度的快速增加期；在 7.5min 后开头进入堵塞稳固期，砂带堵塞面积百分比稳固在 26％左右；当磨削到 115min 后由于堵塞严肃，砂带寿命完结；造成以上现象的缘由是：新砂带在磨削初期，大量的磨粒发生顶尖破裂或整体破裂，附 着在磨粒表面的 12Cr1MoVG合金钢磨屑随着磨粒的破裂而掉落，因此不会在砂带表面形成稳固的堵塞层；随着砂带渐渐进入稳固磨损期， 12Cr1MoVG合金钢在砂带磨粒表面顶尖邻近形成稳固的粘附层，这层粘附层随着磨粒的稳固磨损而磨掉，新的粘附层附着在 新露出的磨粒上，因此由粘附层构成的砂带堵塞面积基本是稳固的；当砂带工作确定时欢迎下载精品学习资源间后，只有最终一层磨粒，没有新的磨粒露出时，粘附物将会被快速挤入砂带容屑空间内并造成整个砂带堵塞，使之无法连续工作，此时12Cr1MoVG合金钢管表面温度急剧上升，表面质最恶化，砂带寿命终结 [12] ；为了进一步探究砂带粒度、砂带线速度和磨削压力等工艺参数在磨削过程中对砂带堵塞面积百分比的影响规律，接受多因素正变试验方法进行综合试验争辩；选用陶瓷积存磨料砂带〔 粒度号为 P36>进行单磨头磨削试验；砂带堵塞面积百分比随磨料粒度、砂带线速度和磨削压力变化的位级趋势如图10~12所示；欢迎下载精品学习资源从图 10 可以看出，随着砂带粒度的增大，砂带堵塞面积百分比相应提高，但相比之下磨料粒度的影响并不是很大；粒度增大，容屑空间相对变小，不。
