制桶工艺学
第二章 剪磨
第一节 剪磨设备与工艺
2.1.1 剪磨设备
二、磨边机
磨边机是制桶的专用设备。在制桶生产中，为了给焊接工序提供光洁良好的焊接表面和均匀适宜的钢板厚度，裁剪成形的板材还须进行磨边加工。磨边机一般由4～12个独立的砂轮架组成，对称地分布在磨边输送链两侧，上下也对称设置。每个砂轮架可单独调节进给量，都具有独自的动力。4～12个砂轮架加上输送链就组成了整台磨边机，完成磨边工作。
1、磨边机的磨削过程和磨削力
制桶磨边属于金属磨削，金属磨削的实质是钢板被磨削的金属表层在无数磨粒瞬间的挤压、摩擦作用下产生变形而后转为磨屑，并形成光洁表面的过程。
这个磨削过程可分三个阶段，砂轮表面的磨粒与钢板材料刚接触为弹性变形的第一阶段。磨粒继续切入钢板，钢板材料进入塑性变形的第二阶段。随着切削力的增大，使塑性变形不断增大，材料的晶粒发生滑移，当切削力达到钢板的强度极限时，被磨削层材料产生挤裂，即进入第三阶段。最后被切离。
在磨削过程中，砂轮相当于一把多刀多刃的镜刀，每一颗磨位就相当于一个“刀齿”，每一个粒尖就相当于一个刀刃。磨削时，砂轮对钢板表面进行“切除”，那些突起在砂轮周周表面的“刀齿”，在切削力的作用下，从钢板表面上切除一条薄层约切屑。如图2-22所示，当砂轮上的A点转到B点时，钢板上的C点就移到B点，这样ABC一条就被磨掉了。并在加工表面摩擦发热而产生火花。这样无数磨拉切削的结果. 就把钢板表面要切除的金属磨去，形成光滑表面。
图2-22 磨削过程
1-砂轮；2-钢板
磨削时砂轮与钢板间发生切削作用和摩擦作用，在砂轮和钢板上分别作用着大小相等、方向相反的力，这种相互作用的力称磨削力。一般来说，磨削力在空词可分解为三个分力：
(1) 切向力——作用在砂轮圆周速度方向的分力。
(2) 径向力——作用在磨削深度方向的分力。
(3) 轴向力——作用在砂轮轴线方向的分力。
一般径向力是切向力约2～3倍，由于较大的径向力作用，使导轨-钢板-砂轮组成的工艺系统产生较大的弹性变形。磨削力的大小与钢饭硬度及砂轮特性有关。在钢板硬度和砂轮特性基本确定不变的情况下，径向力主要与砂轮的磨削宽度和磨削用量成正比。
制桶磨边属于砂轮圆周磨削，是用砂轮的圆周面磨削平面，因此砂轮与钢板的接触面积不大，产生的磨削力也不很大。而且摩擦发热小，磨削处的冷却、排屑条件较好，因此能减少钢板受热所产生的不利因素，有利于保证磨削精度。
2. 磨边机的基本参数
磨边机的基本参数包括：砂轮的圆周速度、磨边输送链的进给速度、砂轮的垂直进给量和砂轮与钢板进给方向的偏移角等。
(1) 砂轮的圆周速度。砂轮的圆周速度是指砂轮外因表面上任意一点，在单位时间内所走过的距离，又称砂轮线速度。
砂轮的圆周速度与磨削面的表面质量有一定关系，因为砂轮在单位时间内参加磨削的磨粒数量增多，切削厚度减小，磨削表面上的凹痕增多，而相邻两凹痕间的凸出面积减少，也就是微观不平度提高了，故表面粗糙度量值较小。但实践证明，对于低粗糙度磨削，砂轮圆周速度并不要求太高。因为速度过高，钢板易产生磨焦烧伤等缺陷。若提高磨边机刚性、减少振动，改善输送导轨精度和防护条件，砂轮圆周速度是可以提高，这既能提高磨削面质量，又提高了生产效率。
砂轮圆周速度的计算公式：
（m/s）
式中Us——砂轮圆周速度（m/s）；
Ds——砂轮直径(mm)；
ns——砂轮转速（r/min）。
砂轮圆周速度的最大值，取决于砂轮结合剂种类和磨边机的刚性。一般选用的砂轮圆周速度在20～30m/s范围内。
(2) 磨边输送链进给速度。磨边输送链的进给速度与磨削面质量以及生产效率有关。进给速度快，磨削面的表面粗糙度就粗，但生产效率提高了，散热条件也改善了。制桶生产是流水线连续生产，因比磨边输送链的进给速度还须跟上前后工序的生产效率的步伐。在制桶中，一般选用的磨边输送链进给速度在5～10m/min的范围内。
（3）砂轮的垂直进给量。即磨削深度。因为磨边是一次成形的磨削加工，因此，砂轮的垂直进给量原则上讲应是固定不变的。如果用4台砂轮机，即两边上下各一台，那么砂轮的垂直进给量就等于磨边全量的一半。以200升闭口钢桶生产为例，其磨边要求磨去0.05mm，则垂直进给量就应该为0.025mm。如果用8台砂轮机，即两边上下各2台， 那么砂轮的垂直进给量可小一些。仍以200升闭口钢桶生产为例，前一对的垂直进给量为0.15～0.02mm，后一对的垂直进给量为队0.05～0.01mm。但两次磨削的总量还应符合磨边的工艺要求。
图2-23 砂轮安装偏移角
1-砂轮；2-钢板；3-输送楔块
（4）砂轮安装偏移角。磨边砂轮的安装与一般的平面磨床不同，如图2-23所示，砂轮的中心轴线与钢板的进给方向有一偏移角Φ。这个偏移角的设置有三个作用：一是提高钢板磨边的稳定性，二是为钢板送进方便，三是磨边形状的需要。制桶用的是薄钢板，刚性很差，而磨边的磨削力又较大，输送钢板又仅靠两模块在端线处推送。如果没有偏移角，象一般的平面磨一样Φ= 90°，则因磨削力较大会使钢板弓起，而且输送链也将受到较大的阻力，须增大输送力才能完成钢板的进给。合理地设置偏移角，如图2-23所示，磨削力可分解为两个互相垂直的分力。沿钢板送迸方向的分力由输送链模块承受，垂直钢板送进方向的分力，因砂轮是两边对称设置的，所以正好左右平衡。这样将一个较大的磨削力分解成两个较小的分力，由钢板的左右、前后一起来承载就要稳定得多，输送力也要小得多。砂轮安装偏移角的设置对钢板送进也带来方便。如图2-24所示，我们假设沿砂轮宽度H方向将砂轮分成若干片，那么，由于存在偏移角φ，每一片砂轮与钢板的接触区都不同。图中可看出，由前向后，接触区逐渐下移，这就相当一个很微小的楔形开口。这个开口虽然很微小，但对钢板刚送入时却带来了很大的方便。设置偏移角还能基本上满足磨边形状的工艺要求，不难从图2-24看出，磨边宽度b与砂轮宽H的关系：
b= H • tgφ
磨削面的表面形状由砂轮圆柱面上的一条与钢板接触的斜线决定，基本可满足要求。
图2-24 砂轮与钢板磨削接触区
由上述三个因素可确定砂轮安装偏移角的大小。若偏移角Φ过小，则钢板左右方向受力增大，也将影响钢板的稳定，且不利于钢板送进，板材磨削面宽度也变小；若偏移角φ过大，则钢板前磨削接触区后方向受力增大，必将增加输送困难，磨削面宽度也增大，磨削量增大将影响磨削面的质量。因此，偏移角的选择必须根据钢板的性能，输送链的送进能力以及板材磨边宽度等因素全面考虑，合理地选用。
3、磨边机的结构
磨边机的结构并不复杂，它由两大部分组成：一是4～1台相对独立的砂轮架，二是输送钢板的输送链。每个砂轮架上均有独自的垂直进给机构，输送链上还具有定位装置。下面我们分别迸行讨论。
（1）砂轮架。磨边机砂轮架的机械传动如图2-25所示。电动机1的动力由三角皮带传动减速后驱动砂轮高速旋转，形成了砂轮工作的主运动。另一传动是砂轮的垂直进给运动，即调节砂轮始上下位置。转动调节手柄，带动蜗杆蜗轮传动，锅轮带动螺杆转动，螺杆的转动又转变为滑板的上下移动，电动机与砂轮机均固定安装在滑板上，形成一个整体，从而实现了砂轮的垂直进给运动。采用蜗杆蜗轮机构作为垂直进给运动机构，不仅可以使进给量稳定且可微调，而且又具有了自锁功能，进一步保证了进给的稳定性。
图2-25 砂轮架的机械传动
1-电动机；2-调节手柄；3-三角皮带传动组；
4-滑板；5-砂轮；6-螺杆传动组；7-蜗轮蜗杆传动组
砂轮架的最重要部件是砂轮机，其结构示意如图2-26所示。砂轮的转速一般都较高，磨边负荷也较大，如采用左右只设置一对砂轮时，垂直进给量就较大，负荷相应也较大。因此一般采用滑动轴承。如果降低转速，负荷也较小时，也可采用滚动轴承。轴向止推环、推力轴承及弹簧是用来控制高速旋转轴的轴向窜动的。砂轮采用压紧盘安装，主要考虑调换砂轮的方便简捷，不至影响制桶的流水线连续生产。
图2-26 砂轮机结构示意图
1-砂轮；2-砂轮压紧盘；3-主轴；4-轴瓦
5-支承螺钉；6-轴向止推环；7-推力轴承；8-弹簧
（2）输送定位袋置。钢板的输送定位在磨边生产中是十分重要的。输送的进给速度要满足工艺的要求，这不难办到，只须配以适当的传动比，使输送链的运行速度达到要求所需的进给速度即可，所以问题的关键是定位。钢板磨边因为是两边上下同时一次加工成形的，所以输送定位不但是左右的定位，上下的定位，而且还要求进给的垂直对称定位。钢板输送一般采用带定位楔块的输送链，其结构与裁剪横向定位输送链基本相同。输送链上的定位楔块有两个作用：一是提供输送动力，二是使钢板磨边的边线与长边垂直，以使磨边宽度不变，起到垂直定位的作用。钢板的左右、上下定位采用定位导轨和挡板。左右定位的挡板间距离原则上讲应与钢板长度相等，但考虑裁剪的误差等原因，可适当放宽一些，以利钢板顺利通过。当然也不能有过大的放宽量，否则将出现钢板偏向一边，磨边不对称现象。在钢板进口处，定位挡板须有一斜面开口（俗称喇叭口），使钢板调整左右位置。定位挡板因频繁与钢板摩擦相撞，所以须选用合适的材料并经过适当的处理。定位挡板须更换方便并且可调整其左右位置。上下定位的导轨主要起磨削支承作用，制桶钢板很薄，本身刚性很差，有时还有扭曲、起弓现象。因此磨边时，钢板的上下定位很重要。首先导轨本身的刚性要好，在磨削力的作用下要求变形尽可能小，因此必须加强磨削处导轨的刚性。其次是送进砂轮口的引导定位，使钢板在进人砂轮口前尽可能紧贴导轨。由于砂轮安装在输送导轨中，前后有一段空挡，因此必须有引导喇叭口，且尽可能靠近砂轮磨削处。此外可使磨削处的导轨微微高出一点，也能使钢板紧贴导轨，当然导轨的连接仍须圆滑，不至卡住钢板。
