翟建昌, 孟 霞, 傅桂華

(淄博理研泰山涂附磨具有限公司, 山東 淄博 255086)

目前，涂附磨具在木工[1]、汽修行業(yè)[2]應(yīng)用廣泛。汽修行業(yè)的打磨主要有水磨和干磨2種方式。傳統(tǒng)水磨工藝，車間里到處是粉塵、污水，既影響質(zhì)量，又污染環(huán)境，還會(huì)對打磨人員的健康造成傷害。KANERVA[3]等發(fā)現(xiàn)汽車修理用膩?zhàn)又胁伙柡途埘渲瑫?huì)引起職業(yè)性過敏皮膚反應(yīng)。因此，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)、對職業(yè)健康要求的提高，無塵干磨越來越受到重視，這種磨削方式在汽車打磨中可有效減少空氣中的膩?zhàn)臃蹓m，減少對打磨人員身體的傷害。目前，無塵打磨在汽修行業(yè)的應(yīng)用主要有2種產(chǎn)品形式：一種是背絨打孔砂盤；另一種是自帶孔洞的網(wǎng)格砂[4]。打孔砂盤，主要是通過磨具沖壓，在砂紙表面形成孔洞，利用吸塵裝置將磨削過程中的磨削碎屑吸走，達(dá)到無塵的效果；網(wǎng)格砂通常采用改性纖維或合成纖維的長絲網(wǎng)格布為基體，以合成樹脂為黏結(jié)劑，把磨料黏結(jié)在基體上制成的一種特殊磨具，其孔徑分明，條桿整齊[5]。2種產(chǎn)品配合相應(yīng)的吸塵托盤及裝置達(dá)到磨削過程中的無塵效果。

在磨削過程中，網(wǎng)格能很好發(fā)揮吸塵與排屑功能，從而清除工件表面污物，減少打磨環(huán)境中粉塵的數(shù)量，改善工作環(huán)境[6]。目前，針對網(wǎng)格砂國內(nèi)有其生產(chǎn)工藝上的研究報(bào)告[7]，但未見有關(guān)于其基體的研究報(bào)告。國外對網(wǎng)格基體的孔隙率與磨料粒度的對應(yīng)關(guān)系研究較少。而國內(nèi)外針對涂附磨具磨削性能及機(jī)理的研究較多：孫學(xué)東等[8]指出植砂密度的穩(wěn)定與否，對砂布的磨削性能起到不容忽視的作用；NAGARAJAN等[9]建立有效力學(xué)模型，研究涂附磨具與拋光面直接接觸面積對磨削性能的影響。這些研究說明有效的磨削面積對涂附磨具的磨削性能有較大影響。因此，網(wǎng)格砂的基體對磨削性能的影響也不容忽視：網(wǎng)格孔洞太多會(huì)減小磨具的有效磨削面積,影響其磨削性能，而基體孔洞太少又會(huì)影響防堵塞性能。所以，研究無塵網(wǎng)格砂基體的孔隙率對磨削性能的影響具有重要意義。

采用不同孔隙率的聚酯網(wǎng)格布作為網(wǎng)格砂的基體，基體經(jīng)過預(yù)處理后，涂底膠、植砂、復(fù)膠，得到所需樣品，探討無塵網(wǎng)格砂孔隙率對磨削性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

采用不同孔隙率的聚酯網(wǎng)格布為基體，制備不同孔隙率的網(wǎng)格砂樣品，采用電動(dòng)自吸式磨削機(jī)打磨汽車膩?zhàn)樱瑢Ρ饶ハ髁?，觀察磨削過程中樣品的堵塞情況，并通過TM-1000掃描電鏡表征，采用表面粗糙度儀測量磨削面的粗糙度。

1.1 網(wǎng)格砂樣品的制備

1.1.1 試驗(yàn)原材料

網(wǎng)格基體采用市面上帶有孔隙的100%聚酯網(wǎng)格原布，經(jīng)過預(yù)處理以適合涂附磨具使用；網(wǎng)格基體預(yù)處理的黏結(jié)劑為進(jìn)口50%丁苯膠乳；底膠、復(fù)膠的黏合劑采用與基體相應(yīng)的太爾生產(chǎn)的固含量為65%的酚醛樹脂；填料為400目碳酸鈣粉末；磨料為普通棕剛玉。

1.1.2 網(wǎng)格砂樣品的制備

圖1 不同孔隙率基體示意圖

網(wǎng)格砂樣品制備的工藝流程為 ：網(wǎng)格基體→預(yù)處理→底膠→植砂→干燥→復(fù)膠→干燥。所用工藝條件：在圖1所示的孔隙率(即孔隙的平面面積占布基的總面積的比值)分別為10%、20%、30%、40%的網(wǎng)格基體上分別植入P80、P180、P320磨料；預(yù)處理采用丁苯膠乳，浸潤量為15 g/m2；底膠采用酚醛樹脂∶碳酸鈣∶水=10∶3∶2(質(zhì)量比)；植砂采用棕剛玉磨料，干燥0.5 h；復(fù)膠采用酚醛樹脂∶碳酸鈣∶水=10∶3∶2(質(zhì)量比)；復(fù)膠后在60～120 ℃干燥0.5 h，120 ℃固化2 h。其他具體工藝條件如表1所示。各個(gè)樣品的底膠、復(fù)膠及干燥溫度相同。將得到的4個(gè)不同孔隙率的不同磨料粒度的樣品作為試驗(yàn)測試備用。

表1 無塵網(wǎng)格砂工藝條件

1.2 磨削性能測試

1.2.1 磨削量測試

將基體孔隙率分別為10%、20%、30%、40%，磨料粒度分別為P80、P180、P320的網(wǎng)格 砂樣品制成直徑為150 cm的圓盤。根據(jù)市場調(diào)研，網(wǎng)格砂在汽修行業(yè)的應(yīng)用較多。因此，采用手持電動(dòng)自吸式磨削機(jī)，控制轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，磨削汽車膩?zhàn)?，每? min稱量一次膩?zhàn)拥娜コ?，用于表示基體孔隙率對磨削性能的影響，并在磨削過程中觀察樣品的堵塞情況。

1.2.2 磨削面粗糙度測試

一般來說，對于要求生產(chǎn)效率高，而對光潔度要求不高的磨削面，采用粒度較粗的磨具打磨；對于要求光潔度好，切削余量較小的采用細(xì)粒度磨料。因此，對于細(xì)粒度磨具，粗糙度是磨削性能的一個(gè)重要指標(biāo)[4]。將基體孔隙率分別為10%、20%、30%、40%，磨料粒度分別為P180、P320的樣品，制成直徑為3 cm的磨削圓片，用手持氣動(dòng)砂光機(jī)研磨漆板6 s，采用TR手持式表面粗糙度儀，測量磨削表面的粗糙度，測量10次取平均值。Ravg表示磨削面的平均粗糙度，Rmax表示最大粗糙度，2個(gè)值越大，表示磨削面的光潔度越差[10]。

1.3 試驗(yàn)儀器

磨削性能測試采用芬蘭MIRKA公司的電動(dòng)自吸塵磨削機(jī)；磨削面的劃痕測試采用北京時(shí)代光南科技有限公司的TR200手持式表面粗糙度儀進(jìn)行測量；磨削面的觀測采用日立高新技術(shù)公司的TM-1000掃描電鏡進(jìn)行觀察。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同孔隙率基體網(wǎng)格砂的磨削力分析

如圖2所示：將其分別粘在打磨工具的托盤上，打磨汽車膩?zhàn)?。圖3為不同孔隙率P80樣品磨削量隨時(shí)間的變化。如圖3所示，在磨削的前2 min內(nèi)，10%、20%和30%孔隙率樣品的磨削總量分別為35.22 g、35.02 g、34.85 g，相差不大。40%孔隙率樣品的磨削總量為25.99 g。P80樣品因磨料粒度較粗，磨削過程中產(chǎn)生的碎屑粒徑較大，磨料間隙大，磨削過程中的堵塞現(xiàn)象不易量化，一般用肉眼觀察[11]。

圖3 P80樣品的磨削數(shù)據(jù)

圖4為不同孔隙率P80樣品的堵塞狀態(tài)。如圖4所示：在磨削前期，磨削碎屑不會(huì)黏附在網(wǎng)格砂面的表面，其磨削面沒有堵塞現(xiàn)象。隨著磨削的深入，磨削碎屑的增加，孔隙率為10%和20%的樣品由于吸塵效果差，環(huán)境中會(huì)有大量灰塵產(chǎn)生?？紫堵蕿?0%的樣品在磨削環(huán)境中未出現(xiàn)大量灰塵，但由于孔隙率較大，其植砂面積較小，實(shí)際單位面積的植砂量變小。一般來說，在粒度相同的情況下，植砂越密，單位時(shí)間內(nèi)的磨削量越大；植砂越疏，單位時(shí)間內(nèi)的磨削量越小[12]。綜合考慮，P80樣品優(yōu)選孔隙率為30%的網(wǎng)格基體。

圖5 P180樣品的磨削數(shù)據(jù)

圖5為不同孔隙率P180樣品磨削量隨時(shí)間的變化情況。如圖5所示，對于P180樣品，孔隙率30%的磨削量較其他孔隙率樣品的磨削量更高。磨削第1 min，P180的4個(gè)樣品均未出現(xiàn)堵塞。磨削第2 min，單位時(shí)間的磨削量為6.28 g，比孔隙率10%、20%樣品的磨削量(5.20 g)高21%?？紫堵蕿?0%P180樣品的磨削量仍然最少，主要是因?yàn)榭紫堵蕿?0%、20%的樣品在磨削過程中隨著磨削碎屑的積累出現(xiàn)了堵塞情況，如圖6所示，影響其磨削力[14]。P180樣品在磨削過程中，孔隙率對磨削量的影響在磨削1 min后開始顯現(xiàn)，而P80樣品在磨削3 min后，孔隙率的影響才稍顯出來，且表現(xiàn)為30%孔隙率的樣品其磨削性能較20%孔隙率的樣品的磨削性能稍好。這是因?yàn)殡S著磨料粒度變細(xì)，磨削碎屑越小，在磨削表面越易出現(xiàn)堵塞情況，網(wǎng)格砂基體的孔隙率隨著磨料粒度變細(xì)，對磨削性能影響越明顯。

圖7為不同孔隙率P320樣品磨削量隨時(shí)間的變化情況。由圖7可知：對于磨料粒度P320，基體孔隙率為20%與30%的樣品在開始磨削前3 min的磨削力明顯較10%、40%的孔隙率的好，主要是因?yàn)榭紫堵蕿?0%的樣品在磨削過程中出現(xiàn)了堵塞情況，如圖8所示，造成其磨削力下降。

圖7 P320樣品的磨削數(shù)據(jù)

2種樣品的堵塞情況如圖9所示?？紫堵?0%的P320樣品磨削后基本不堵塞，磨料清晰可見；孔隙率10%的P320樣品，磨削碎屑黏附在整個(gè)磨削面上。其中，磨削5 min時(shí)，20%的樣品的總磨削量為12.42 g，比30%孔隙率樣品的高5.7%，主要是因?yàn)?0%孔隙率的樣品其磨削面積大，植砂密度高。細(xì)粒度磨削較粗粒度磨削產(chǎn)生的碎屑少，因此孔隙率不需要太大就可以排除磨削碎屑；但孔隙率太小，磨削碎屑易黏附在磨削面上。綜合考慮，P320的網(wǎng)格砂優(yōu)選孔隙率為20%的基體。

對于粗粒度樣品，例如P80樣品，基體孔隙率對產(chǎn)品的堵塞性能影響不明顯，但是會(huì)影響打磨環(huán)境周圍的灰塵量；對于細(xì)粒度樣品，雖然環(huán)境中的灰塵很少，但由于磨料粒度細(xì)，磨屑更加細(xì)小，磨屑容易將整個(gè)磨削表面堵塞，磨削量也相應(yīng)減少，孔隙率對磨削過程中網(wǎng)格砂的堵塞情況影響明顯。

2.2 不同孔隙率網(wǎng)格砂研磨表面粗糙度對比

一般磨料粒度越粗，研磨表面越粗糙。實(shí)際應(yīng)用中，相同磨料粒度下，在保證磨削量的前提下，粗糙度越小越好[13]。粗粒度磨削，例如P80，在實(shí)際應(yīng)用中其對研磨面的粗糙度要求不高。因此，本研究主要討論P(yáng)180、P320樣品磨削后的表面粗糙度。由表2、表3可以看出，P180樣品孔隙率分別為10%、20%、30%、40%的網(wǎng)格砂打磨后的磨削面，其Ravg分別為2.997、3.001、3.002、3.341 μm；對于P320樣品，其Ravg分別為1.215、1.251、1.260、1.452 μm。一般砂布P180、P320的Ravg為3.238、1.355 μm[12]。同一磨料粒度下，網(wǎng)格砂研磨面的粗糙度，隨著基體孔隙率的增大而增大，但當(dāng)孔隙率不大于30%時(shí)，增加趨勢較平緩。

表2 不同孔隙率P180樣品磨削后表面粗糙度對比

表3 不同孔隙率P320樣品磨削后表面粗糙度對比

由表2和表3可知：孔隙率為40%的樣品磨削后表面的粗糙度較其他孔隙率樣品的高。孔隙率40%的P180樣品磨削后表面的平均劃痕Ravg為3.341 μm，比10%孔隙率的高11.5%；比20%孔隙率的高11.3%；比30%孔隙率的高11.3%。P320孔隙率40%的樣品磨削后表面的平均劃痕Ravg為1.452 μm，比10%孔隙率的高19.5%；比20%孔隙率的高16.1%；比30%孔隙率的高15.2%。這是因?yàn)榭紫堵侍邥r(shí)，磨料排列比較松散，磨削工件時(shí)，磨料切入磨削表面的部分較大，從而造成劃痕較深，磨削后表面較粗糙。

3 結(jié)論與展望

通過對比分析不同孔隙率的網(wǎng)格基體對網(wǎng)格砂磨削力、研磨表面的堵塞情況、研磨面粗糙度的影響，結(jié)論如下：

(1)對于粗粒度網(wǎng)格砂，網(wǎng)格基體孔隙率的增大有利于磨削碎屑的排出，減少環(huán)境中的灰塵，綜合考慮，對于粗粒度樣品P80、P180，優(yōu)選孔隙率為30%的基體；

(2)對于細(xì)粒度的網(wǎng)格砂，基體孔隙率會(huì)影響磨削后表面的堵塞情況，從而影響研磨產(chǎn)品的磨削性能，其磨削后表面的粗糙度隨著孔隙率的增大而增大，綜合考慮，對于細(xì)粒度樣品P320，優(yōu)選孔隙率為20%的基體。