木板砂光机，木门抛光底漆砂光机

实木门坎抛光机设计及打磨参数分析蒋新波、胡浩、马艳*、杨春梅、郭灿

(东北林业大学林业木工机械工程技术中心， 黑龙江省哈尔滨市150040)

摘要： 我国木门生产企业采用先打磨后组装的加工方式生产木门，针对目前木门生产效率低、打磨不均匀等问题，提出了实木门框抛光方案。第一步介绍了实木门的整体抛光流程以及实木门坎抛光机的工作原理。为确定满足砂光机设计要求的工作部件，综合考虑了磨刷过程中刷砂辊砂条的变形情况以及带砂架内砂带材料的去除率等因素。进行分析，确定砂磨辊的工艺参数，选择掺有锆刚玉磨粒的砂带作为砂带砂磨元件。通过对实木门打磨过程中的打磨力进行分析计算，得出打磨过程中的打磨力和法向压力的值，以及打磨过程中砂带的线速度和打磨深度获得。Ta。并测试了进给量与磨削力的关系，确定了粗砂工艺和细砂工艺的最佳磨削参数，为实木门槛砂光机的设计提供了理论依据。

关键词：砂光机、工作原理、应力分析、磨削参数

实木门以其木质纹理清晰、造型典雅美观、耐腐蚀、抗变形能力好、隔热隔音性能好等优点越来越受到人们的青睐[1]。我国拥有全球最大的门窗加工市场，木门生产面积约占门窗总生产面积的70%，木门行业的前景十分光明。砂光工艺作为减少或消除实木门表面缺陷，提高实木门表面光洁度、直线度和尺寸精度的工艺，对提高实木门表面质量具有重要作用。目前国内木门制造领域大部分企业采用的是对木门各部分进行打磨，然后组装成型的方法，但这种方法冗余且生产效率低，在组装和组装过程中可能会损坏表面。成型工艺可能会影响木门的质量和销售[2]。实木门砂光生产线的研究，由实木门卧式竖棂砂光机和立式竖棂砂光机组成，实木门框组装好后，先经过卧式竖棂砂光工序，然后进行立式竖棂砂光工艺，可以看到它要经历一个过程。立即对整个实木门进行打磨和成型。实木门竖框砂光机可同时对实木门两端竖框的三个表面进行砂光，提高实木门的加工效率和表面质量，扩大产品规格，适应市场需求，提高企业效益。

1 实木门门槛抛光机工作原理1.1 整个实木门抛光工序分析实木门抛光工序位于框架组装、修边、冲孔工序之后，底漆喷涂工序之前。包括实木门的两端，打磨门梃、打磨三个水平门梃、打磨两个中间的门梃[3]，需要一个可以直接喷涂底漆的工艺效果。打磨后。由于实木门对表面抛光质量要求较高，抛光过程必须分粗砂和细砂两个阶段进行，抛光区域为实木两端横档的顶面、底面和侧面。门以保证所需的磨削量和表面质量。其中，砂带打磨法是对实木门两端竖棂的顶面和底面进行粗、精打磨的方法，侧面要求的表面粗糙度略低于实木门的侧面。顶面、侧面、底面、侧面进行粗砂打磨，毛刷砂光辊满足加工要求，同时节省空间、降低成本。

1.2实木门框砂光机的结构及加工流程实木门框砂光机采用砂光辊和带式三角砂框相结合的砂光方式，采用先粗砂后细砂的加工工艺。正在招聘。可移动的开合框，一次打磨成型即可实现各种尺寸木门的双面框。 工件进入砂光机后，先经过一对毛刷砂光辊对实木门梃侧面进行粗砂； 然后再经过一对水平砂架进行粗砂。实木门框侧面打磨，用细砂完成立棂侧面的打磨；抛光：将实木门框的上下表面粗抛光，然后经过两对立砂砂光机顶端的架子完成实木门框上下表面的精细抛光。图1为实木门框抛光机的结构图。

图1 实木门立式立框砂光机结构示意图1、移动端限位组件；2、砂辊组件；3、压轮组件；4、步进电机组件；5、立式砂架组件；6、移动端架组件7.底座总成；8.固定端架总成；9.托辊总成；10.张紧总成；11.水平砂架总成；12.固定端限位总成

2 砂光部件的选择2.1 砂光辊工艺参数的选择砂光过程中，砂光辊的高速旋转使柔性砂带在接触工件时产生弯曲变形。砂带上工件的摩擦力和法向力的影响。在理论接触长度L和偏转角不改变的条件下，弯曲变形时的偏转量和施加载荷的方向不改变。因此，随着砂带长度L的增加，砂带对工件的法向压力减小，且减小趋势减慢[4]。

图2所示为砂光辊的结构。实木门门槛砂光机采用支撑条刷砂光辊，将砂带固定在安装板上，再将安装板固定在砂光辊底座上，保证砂带磨损后及时更换。使用时，砂辊底座半径为43毫米，砂带边缘超出安装板8毫米。打磨过程中，从打磨带末端到打磨带与木门接触点的距离为接触长度s[5]。

图2 砂光辊结构

测试表明，当为90，理论接触长度L从5 mm增加到30 mm时，长度为9 cm、11 cm、13 cm砂条在试件上的法向压力增加约0.87%，分别。N、0.42N、0.39N。随着理论接触长度值的增大，砂带的弯曲程度增大，变形挠度也增大[6]。根据挠度曲线公式，长度确定后，砂带端部在砂条上的挠度与法向压力成正比。即随着理论接触长度的增加，砂条的法向压力也成比例地增加。样品的价值增加。

综上所述，砂光条的加工参数可选择为砂带长度110mm，接触长度20-25mm，在此条件下，加工后实木门坎侧表面粗糙度为小.玛苏.可以达到所需的粗砂厚度，并获得较好的表面质量。

2.2砂带磨料的选择实木门的砂光工艺可分为粗砂和细砂。砂带的切削过程如图3所示。磨粒表面与底部形成的角度称为前角。前角越大，切削强度越大，但磨粒磨损越快出去。木材磨削用的磨料有刚玉砂、硬质合金砂、玻璃砂三种。目前，市场上最常见的砂带是聚酯布、碳化硅砂带。这种砂带不仅使用寿命短，而且容易出现打磨缺陷[7]，因此需要改变砂带表面磨料的成分，以提高打磨质量。

图3 砂带切割过程示意图

通过研究分析发现，砂带磨削的材料去除效率与其自身的结构特点和表面形貌以及加工方法密切相关。根据陈志远等人对砂带材料去除率与线速度关系的研究，在法向磨削压力恒定的条件下，采用氧化铝、硅三种不同的磨料材料，得出结论：做。硬质合金和锆刚玉、砂带线速度对木材去除率的影响。在一定范围内，材料去除率Z随着砂带线速度Vs的增大而增大，但当Vs增大到一定限度时，Z迅速减小。这是因为随着Vs的增大，单位时间内通过磨削区的磨粒数量，即有效齿数增加，但当Vs超过一定的速度范围时，磨粒的停留时间就变成更长。这是把它收起来。速度太高，在磨削区的时间太短，但不足以使磨粒完成对木材的切削过程[8]。

通过比较三种磨料的材料去除率，我们决定在磨料中添加韧性高、切削力强的锆刚玉磨料来制作砂带。选用氧化锆质量分数为40%的锆刚玉，采用特殊方法冶炼加工，并进行静电喷漆，方便使用磨料种植静电砂。磨料为碳化硅和锆刚玉的混合物，不仅提高了等厚度砂带的加工能力，而且弥补了传统砂带的缺点。

3、砂带抛光过程受力分析抛光过程中，压力垫以恒定的法向压力N将砂带压在木门表面。砂带与木门接触的圆弧上产生总磨削力，总磨削力分解为平行于木门进给方向的水平磨削力Ft和垂直于木门的垂直磨削力Ff。进给方向、抛光带摆动力、拉力Fn[9]。另外，传动带与木门之间会产生称为牵引力的摩擦力Fs，但为了正确地输送正在加工的木门，牵引力Fs必须大于水平磨削力Ft。否则木门会弹起。砂带磨削过程中的受力示意图如图4所示。

图4 砂带磨削应力示意图

3.1磨削力的确定根据砂带磨削的物理特性，工作压力Ff为：

Ff=P·S

(1)

式中，P为施加在接触面上的压力（MPa），S为抛光带与待加工木门的接触面积（mm2）。

本设计中，已知S=0.00645 m2，压垫磨削砂带的最大单位压力为18 kPa。代入式(1)，可得：

Ff=116.1(N)

根据砂带磨削的物理特性，水平磨削力Ft为：

Ft=Ff·

(2)

式中：Ff为常压（N），为砂带磨削系数。

抛光带的抛光系数由以下经验公式确定：

=(0.425+0.19dm0.5)KsKm

(3)

式中，dm为主磨粒直径（mm），Ks为木种修正系数，Km为磨粒钝化修正系数。

磨粒尺寸dm=0.2mm 木窗台加工木材为松木采用木材品种修正系数Ks=0.95 抛光带磨粒钝度修正系数Km=1.应用方程（3），我们得到：

=0.484

磨削时产生的切削力Ft按下式计算：

Ft=Ff·=116.10.484=56.19(N)

3.2 法向压力的确定由图4可知，牵引力为：

Fs=(G+N-Ff)

（四）

进料阻力：

FZ=英尺

（五）

式中：Fz：进给阻力，Ff：法向磨削力，Ft：水平磨削力，N：压垫压力，G：木门自重，：木门与传动装置之间的摩擦系数腰带。

为了使进给顺利进行，FsFz，即必须满足以下条件。

(6)

代入Ft，常压N必须满足：

(7)

已知木材抛光过程中的摩擦系数为0.4，作用在实木门传送带上的重力G为150N。将常压N值代入下式即可求出常压N值的范围。公式：

N106.58(N)

4 影响砂带磨削力的因素磨削力是磨削过程中砂带与工件表面接触产生的，但磨削力是由切向磨削力Ft、垂直磨削力Ff引起的，并且沙子是可以拆卸的。在这里，我们将实验不同磨削参数对切向磨削力Ft和法向磨削力Ff的影响[10]。

4.1 磨削力测量原理磨削力测量测试采用称重传感器的测量方法，在磨削过程中，对木板施加应力，引起材料内部变形，从而在负载内部产生电阻应变片细胞。为了产生相应的变形，称重传感器输出电荷，经放大器放大后输出电压信号，然后送至计算机进行分析计算，从而得到磨削力的变化。 11-12]。

4.2 实验设计4.2.1 实验条件

试验地点：黑龙江省哈尔滨市东北林业大学林业与木工机械工程技术中心101实验室。

测试日期：2018 年4 月。

本次试验的检测设备采用东北林业大学林业木工机械工程技术中心设计、哈尔滨世英窗业有限公司制造的MM7912多砂架砂光设备。该测试使用一个砂架和一个工件。夹具连接如图5 所示。表1 列出了该测试所需的其他测试条件。

图5 MM7912多砂架砂光机测试设备

表1 磨削力测量试验条件

4.2.2 实验因素设计

当磨削量为Vs15m/s、ap0.025mm、Vg200mm/min时，切向磨削力Ft和垂直磨削力Fn的测量数据被用作初始数据。改变抛光带线速度Vs、磨削深度ap、进给量Vg的测试系数，并改变切向磨削力Ft和法向磨削力Fn的变化趋势之一，计算响应指数。 措施。测试系数比较见表2。

表2 实验系数比较

4.3 试验结果分析4.3.1 砂带线速度对磨削力的影响

随着砂带线速度Vs的增大，磨削力增加的斜率最初较低，在15~25 m/s范围内，切向力和法向力的增加不超过16%。如图6所示。当Vs增大到25m/s时，磨削力开始迅速增大，当砂带线速度达到30m/s时，切向力较15m/s增大75%，法向曳力也增大.增加75%，力较15 m/s增加78%。

图6 磨削力随砂带线速度变化曲线（Vg=315mm/min，ap=0.1mm）

砂带线速度Vs的增加减少了磨粒与工件的接触时间，从而减少了实际切削厚度。因此，各磨粒表面产生的磨削力也减小，当线速度超过此范围时，砂带的磨损速度加快，磨损程度增大，磨削力迅速增大[13-14] ]。 ]。因此，适当提高砂带的线速度会改善加工区域的状况，提高工件的表面质量，但线速度太大会加速砂带的磨损，增加磨损的可能性。处理错误。

4.3.2 磨削深度对磨削力的影响

图7为磨削力随磨削深度的变化曲线。随着磨削深度ap的增加，切向磨削力Ft和垂直磨削力Fn均呈现增加趋势。当磨削深度增加时，不仅单个磨粒的切削厚度增加，而且砂带与工件之间的磨削接触弧长增加，从而增加磨削力[15-16]。

图7 磨削力随磨削深度的变化曲线（Vg=315 mm/min，Vs=18 m/s）

4.3.3 进给量对磨削力的影响

图8所示为磨削力随进给量的变化曲线。根据传统磨削规律，随着工件进给速度Vg增大，产生的磨削力也增大。

图8 磨削力随进给量的变化曲线（Vs=18 m/s，ap=0.075 mm）

综上所述，根据实木门表面砂光的条件和需要达到的表面处理质量，选择工件的加工进给速度为300毫米/分钟，粗砂带的尺寸是80# 会的。磨削线速度为15 m/s，细砂带粒度为120#，磨削线速度为20 m/s，粗砂磨削深度为0.8 mm，细砂磨削深度为0.4 mm，加工要求是磨削力和表面质量要满足。粗砂和细砂砂带磨削参数见表3和表4。

表3 粗砂带磨削参数

表4 细砂砂带磨削参数

5结论（1）通过对国内实木门加工现状的了解和分析，明确了实木门立框砂光机的设计目的，实木门立框砂光机旨在提高实木门立框的加工效率和质量。木门砂光该砂光机采用先粗砂后细砂的砂光工艺，采用带砂架和毛刷砂光辊联合工作方式。

(2)对砂光过程中的磨削力进行了理论分析和计算，确定了实木门框砂光机的切向磨削力和砂带的最小法向压力，以及实际的磨削力打磨确定。选择抛光带长度110 mm、接触长度2025 mm作为抛光辊加工工艺和抛光条工艺参数，阐述了主抛光用抛光带的加工特性。本发明锆刚玉抛光带引入组分，选择混合氧化锆的质量分数为40，提高加工效率。

(3)通过磨削力测量试验，研究了实木门打磨过程中抛光带线速度、磨削深度和进给量对磨削力的影响。确定粗磨和精磨工序的砂带磨削参数，以确保木门达到理想的表面质量。

第一作者简介：姜新波(1967-),男，副教授，博士，研究方向：机械设计及理论，Email:jxb-1967@163.com。

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