不織布研磨刷在銅合金帶材生產中的應用

2014-01-01 02:56:44易志輝

銅業工程 2014年1期

易志輝

(銅陵金威銅業有限公司，安徽銅陵 244000)

1 引言

近年來，以半導體為主的各種電子部件迅猛發展，作為電子部件用銅合金帶材的需求量也不斷地增加，這些銅合金帶材用于開關、插件、半導體引線框架等，要求需有良好的表面質量。國外 (日本、韓國等)生產銅合金成品帶材時分為脫脂材和酸洗材，中間材采用研磨研削方法，核心就是通過不織布研磨刷來控制銅合金帶材的表面質量。

不織布研磨刷 (以下簡稱研磨刷)主要配置在氣墊爐及清洗線上，高速旋轉的研磨刷在反向背輥支撐及大量清水沖洗下，去除酸洗后銅帶表面留下的瑕疵及氧化物，均勻、穩定地研磨帶材表面，如圖1，使帶材表面均一、光亮。

目前研磨刷已成為銅及銅合金帶材清洗機列關鍵工具，主要是國外專業化廠家生產，如美國、日本、韓國和德國［1］。

圖1 研磨示意圖

本文將從研磨刷的研磨機理、研磨刷的組成、研磨工藝及研磨刷的使用等方面進行論述，根據銅合金表面要求，選擇合適的研磨刷及使用參數，以提高銅及銅合金帶材的表面質量。

2 研磨機理

研磨刷安裝在刷機裝置上，在背輥支撐下，以一定的壓力壓向帶材表面，研磨刷高速旋轉，其磨粒在與帶材表面的相對運動中，磨粒和帶材表面間產生一定的作用，將帶材表面研磨的新工藝。

研磨刷是特殊形態的多刀、多刃的切削工具，其切削功能主要由粘附在基布上的磨粒來完成。研磨刷在研磨過程中，發生三個不同的過程:滑擦——磨粒在工件上的滑擦，產生了帶材的彈性變形和塑性變形;耕犁——磨粒引起帶材的塑性流動，使材料產生擠壓式的運動而從磨粒下方向前和兩側擠出，同時切除少量的材料;切削——材料在滑動的前方產生斷裂而形成切屑，有相當快的切除率。如圖2所示，以上三個過程是相互連接的，其中切削是磨削過程中最有效的形式［2］。

圖2 研磨刷研磨機理示意圖

研磨刷上的眾多磨粒，在與帶材接觸的瞬間，一部分磨粒進行切削，另一部分犁出溝槽，還有一些只起滑擦作用，甚至同一顆磨粒的不同部位以及同一部位在不同的加工時間里所起的作用也不同。研磨刷的反向旋轉運動又起了擦凈切屑的作用，將前進著的磨粒前方的切屑清除干凈［3-4］。

3 研磨刷組成

影響研磨刷性能的因素主要是磨料、基布和粘結劑的選擇及組裝形式。

3.1 磨料

磨料是研磨刷的主體成分，其性能對磨具的磨削性能影響最大。磨料的種類和品種很多，目前主要采用的是碳化硅磨料和氧化鋁磨料。相同粒度的碳化硅磨料與氧化鋁磨料相比，銳角鋒利、切削性能好，目前研磨刷大部分采用碳化硅磨料。不論是碳化硅還是氧化鋁磨料，其粒度分布范圍皆是:320#、400#、500#、600#、800#、1000#、1200#、l500#、2000#、2500#、3000#。

磨料的均勻性對研磨刷使用性能有很大影響。通過控制噴砂時噴槍的高度、角度、噴槍移動的速度和距離并通過專業的軟件計算，保證噴砂的紋路疊加后均勻分布在不織布網上。不織布厚度控制均勻，合適的厚度能保證正反兩面噴的砂能滲透到不織布內部，使內外的磨料盡可能均勻。

3.2 基布

基布在產品中起著骨架作用，支撐粘附磨料并使磨具具有一定的強度和彈性?；嫉慕M織結構、纖維品種和纖度都影響著研磨刷性能。

不織布是通過纖維的梳理、成網、固定、熱處理和加工整理五道工序而制成的。首先將經過梳理的纖維按平行、交錯等一定的方法排列成片狀的纖維網，形成三維網狀結構，然后將粘結劑施加在纖維網上，并進行焙烘，把纖維粘結起來，使纖維之間互相交纏抱合而成，既有一定的強度，又有較好的蓬松性、彈性。

不織布所用纖維應選用化學穩定性能好、強度高、耐磨性好的纖維。一般選用錦綸、滌綸等合成纖維。纖維的纖度應與磨料的粒度相適應，保證磨料有足夠強的支撐體和較好的柔軟性。若纖維較粗，則磨料與基布粘結較牢固但柔軟性較差;若纖維較細，則粘結牢度較差，但柔軟性較好。纖維纖度與磨料粒度之間的關系應選取合理。

3.3 粘結劑

用于制作研磨刷的粘結劑必須具有與基布、磨料良好的粘結性，膠膜堅硬并且具有一定的彈性和良好的耐熱性能，可以在較低溫度下烘干或固化，工藝性能好，操作方便。常用的粘結劑有合成樹脂。

粘結劑要進行溫度控制，保證粘度的穩定，同時監控粘度，粘度超標需要添加溶劑來調節粘度。

3.4 研磨刷組裝形式

研磨刷組裝形式有放射狀組裝和圓盤狀組裝等形式。

研磨刷是通過把一定數量的長方形片狀不織布，卷成桶狀，用樹脂膠固定在電木芯上，呈放射狀，如圖3所示。最后在特殊的車床上將研磨刷外圓修整，并進行動平衡試驗，減小旋轉振動。大部分研磨刷采用此種形式。

圖3 放射狀形研磨刷

圓盤狀組裝研磨刷是將裁切成圓盤狀的不織布，套入心軸上，并施加一定的壓力而成形。這種形式組裝的研磨刷主要用于粗磨，具有較大的磨削力。

4 研磨工藝

首先根據銅合金帶材表面狀態，選擇合適的研磨刷磨料材質、磨料粒度和軟硬程度［5］，選定了研磨刷后，還要對研磨條件進行選定:研磨刷回轉速度、研磨壓力和帶材速度。

表1為某廠使用研磨刷生產銅合金帶材的生產參數及帶材表面粗糙度［6］，從中可以看出，研磨刷表面的硬度不同，研磨后帶材表面光潔度會有所變化，研磨刷硬度越高，銅帶研磨后表面越粗糙;研磨刷硬度越低，銅帶研磨后表面光潔度越好，如改進型的2000#-20B硬度高于2000#-20，研磨力得到了提高。

隨著磨粒粒度的減小，研磨力減小，研磨量減小，帶材表面粗糙度減小，采用320#研磨刷的帶材研磨量為0.58μm，采用3000#研磨刷的帶材研磨量為0.02μm。生產中一般粗軋后為改善生產過程中帶坯的表面質量，采用320#～1200#的研磨刷刷洗帶坯表面上的微小起皮、起刺等缺陷，改善帶坯質量。中精軋后的銅合金帶材，一般選擇磨粒粒度在1200#～3000#，硬度在36～60之間的研磨刷，清除帶材表面的壓點、污漬及氧化膜。研磨刷磨粒粒度越小，使用壽命越短，成本越高。

研磨時帶材的接觸壓力、研磨刷轉速以及帶材速度是保證刷磨質量的關鍵，從表1中可以看出電流值不同，研磨量不同。電流值反映了接觸壓力，在相同粒度的情況下，電流值增大，研磨力增大，研磨量增大，如2000#-20研磨刷的電流值從0.8A/cm提高到0.95A/cm，帶材研磨量從0.063μm提升到0.069μm;2000#-20B研磨刷的電流值從0.85A/cm提高到1.0A/cm，帶材研磨量從0.072μm提升到0.073μm。如施加過大接觸壓力，會使研磨刷的壽命大為縮短，生產中可以根據研磨刷的損耗情況和帶面刷洗情況調整壓力，一般使用壓力為2～4A。

研磨刷轉速一般控制在900～1200rpm，速度越快，研磨帶面越均勻。但是，過快的轉速會加大設備振動，引起帶面刷洗振紋，一般使用的研磨刷轉速為:950rpm。

帶材速度越慢，研磨帶面越均勻，同時研磨量也增大，但過慢的帶材速度直接影響生產效率。

另外，研磨前銅合金帶材表面粗糙度及污染度不同，對研磨刷的使用壽命及研磨效果有所影響。