微晶石板材磨拋工藝特點與設(shè)備選型
一、微晶石的磨拋工藝特點
微晶石板材是由特定組份的玻璃顆粒在高溫下燒結(jié)而成，其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)為玻璃相和結(jié)晶相共存，兩者的比例決定了材料的理化性能和表面特性。微晶石內(nèi)部結(jié)晶相是從玻璃顆粒界面開始向中心生長，由于晶體生長方向各異及兩種巖相組織共存，從而形成絢麗的表面花紋。由于微晶石是在高溫下燒制而成，玻璃顆粒在高溫下呈熔融狀態(tài)，顆粒之間搭接空間所存在的空氣以及顆粒內(nèi)部原有的氣泡被封閉在內(nèi)無法排出從而在內(nèi)部形成大量的氣孔。這些氣孔如出現(xiàn)在微晶石表面，即成為其表面缺陷，造成廢品。與此同時，在熔融狀態(tài)下，由于表面張力的作用，其表面形成一個“火拋光”表層，其厚度僅有幾十微米，光澤度在70度以上。這層極薄的表層組織將內(nèi)部氣孔完全覆蓋，從而確保了微晶石表面的裝飾效果。故這層極薄的表層組織對微晶石表面質(zhì)量極為重要。微晶石這種獨特的組織結(jié)構(gòu)，使之在磨拋和切割加工時具有獨特的工藝性，不能簡單套用天然石材的加工工藝相應(yīng)的加工設(shè)備也應(yīng)適應(yīng)這種工藝變化。
天然石材的研磨拋光，其目的有兩個，一是為了獲得表面的平整度，二是為了獲得表面光澤度。而微晶石板材，由于其特有的內(nèi)部和表層組織結(jié)構(gòu)，它的表面平整度必須在板材燒成過程中形成，不能通過后續(xù)的研磨來糾正，否則會破壞表層組織，使內(nèi)部氣孔暴露出來，嚴重影響板材表面的裝飾效果。所以在其磨拋過程中，必須完整保留這一層組織，故要求磨削量非常小。所以微晶石板材的磨拋實際上只是為了獲得所要求的表面光澤度。另外，在板材燒成過程中，由于溫度變化，其表面不會是一個理想的平面，故在其磨拋過程中，為保證表面各處的磨削量均勻，磨具必須具有隨動功能，也即所謂的“仿型”功能。故微晶石的磨拋工藝特點可總結(jié)為“仿型淺磨削”工藝。這是有別于天然石材的獨特之處。
二、常用磨拋設(shè)備特性分析
目前，微晶石板材的磨拋設(shè)備基本沿用了天然石材的磨拋設(shè)備，常用的有手扶磨機、單頭橋式磨機和多頭連續(xù)磨機。另外磨頭的型式又有固定法蘭式、萬向式、行星式、搖擺式等型式。磨具種類有金剛石磨具、樹脂磨具、軟性磨具等。下面結(jié)合微晶石磨拋工藝分析一下各類設(shè)備的特點，以便根據(jù)微晶石的工藝特性，正確選擇加工設(shè)備。
1、多頭連續(xù)磨機
多頭連續(xù)磨機是為適應(yīng)石材大批量生產(chǎn)面開發(fā)出的自動連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，其優(yōu)點是生產(chǎn)效率和自動化水平高，大幅度提高了石材磨拋效率。但連續(xù)磨機也存在以下一些弊病。
目前所有多頭連續(xù)磨機結(jié)構(gòu)大同小異，即板材由皮帶帶動作縱向運動，磨頭由擺動橋梁帶動做橫向往復(fù)運動。此時，磨具在板材上的的軌跡為一波浪型，如果考察磨具上一粒磨料的運動軌跡，即為由一系列的圓組成且圓心為“之”字型的軌跡組合。通過幾何作圖，觀察各個圓的重疊部分軌跡疏密程度，可看出：在橫向運動方向，板材邊緣軌跡最疏，中心次 之，而介于兩者之間的區(qū)域軌跡最密。由此可以看出，兩側(cè)的磨削量要小于中間部分。另外，觀察縱向運動軌跡，軌跡的密集重疊區(qū)呈現(xiàn)明顯的波浪型。由此可以看出，由于連續(xù)磨機固有的結(jié)構(gòu)和工作原理，其橫向和縱向的磨削量都不均勻。要改善磨削的不均勻性，可采取以下措施：盡量選用梯形磨具而不用矩形磨具；使磨頭做正弦往復(fù)運動，以便增加磨頭在兩邊的磨削時間；使磨盤的直徑成板材寬度的整數(shù)倍；提高擺動梁的往復(fù)頻率；使各個磨頭做橫向運動的時間不一致，最好是交錯運動。以上措施除前幾條外，后兩條就目前來講，實現(xiàn)起來比較困難。此乃連續(xù)磨機弊病之一。
另外，磨削工藝參數(shù)：即磨削壓力、磨盤轉(zhuǎn)速、進給速度直接關(guān)系到磨削效率、磨削質(zhì)量和磨削成本。根據(jù)巖石磨拋學(xué)理論，磨削進給速度對磨削效率沒有影響，但與磨具的磨損率呈正比關(guān)系。磨盤轉(zhuǎn)速與磨削效率和磨具磨損率呈正比關(guān)系。而磨削壓力也與磨削效率和磨具磨損率呈正比關(guān)系，但對后者的影響更大。所以，在選擇正確的工藝參數(shù)時，應(yīng)盡可能采用低的進給速度和低的磨削壓力，而磨削壓力的下降對生產(chǎn)效率的影響可通過提高轉(zhuǎn)速來補償。而且，在粗磨階段和精磨階段，應(yīng)采用不同的工藝參數(shù)。而這些手段，目前連續(xù)磨機無法實現(xiàn)。此乃連續(xù)磨機弊病之二。
連續(xù)磨機工作時，其板材的的進給是連續(xù)的，在板材的磨拋過程中，無法監(jiān)測板材表面的磨拋效果，只能在出口處檢查，使得質(zhì)量控制處于滯后狀態(tài)，從而造成廢品或返工。而且一個磨頭出現(xiàn)問題，全線都要停車。此外連續(xù)磨機運行和維護成本也較高。此乃連續(xù)磨機弊病之三。
2．手扶磨機
手扶磨機是傳統(tǒng)的石材磨拋設(shè)備，具有悠久的歷史。其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、易于操作。特別適合小批量作業(yè)。由于采用單頭曲柄機構(gòu)，其磨削過程中，磨削軌跡可隨意調(diào)整，并且可隨時觀察板材表面的磨削情況，隨時調(diào)整磨削參數(shù)。此為手扶磨機的優(yōu)勢所在。但目前大多數(shù)手扶磨機磨削轉(zhuǎn)速不能調(diào)整，磨削壓力和磨頭移動速度均為人工控制，具有很大的隨意性，工人的操作水平對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。另外，由于生產(chǎn)效率低，工人勞動強度大，無法形成批量規(guī)模生產(chǎn)。此為其劣勢所在。
3．單頭橋式磨機
此類設(shè)備結(jié)構(gòu)型式有兩種。一種是橋固定，工作臺移動；另一種為工作臺固定，橋移動。這兩種結(jié)構(gòu)型式比較，后者較為合理。因為首先在工作臺面積相同情況下，后者占地空間要小。其次移動式工作臺不可能做的太大，限制了磨削尺寸范圍。還有工作臺在磨削過程中希望有較好的穩(wěn)定性，而移動式工作臺買穩(wěn)定性不利。
從控制方式來講，有全自動和半自動之分。所謂全自動方式，即人工設(shè)定參數(shù)以后啟動磨機，磨機即按程序自動完成所有操作。而半自動方式，即在磨削過程中，磨機的每一步動作均有人工控制。
從控制水平來講，較理想的應(yīng)該是三大磨削參數(shù)均可無級調(diào)節(jié)，以適應(yīng)各種板材和各道工序的不同需要。而且，運行軌跡可人為設(shè)定。
單頭橋式磨機在繼承手扶磨機優(yōu)點的基礎(chǔ)上，由于采用了自動化控制，減少了磨削過程中人為的影響，確保了磨削質(zhì)量的提高。其生產(chǎn)效率要高于手扶磨機，但單臺生產(chǎn)能力低于連續(xù)磨機，這是其劣勢所在。
三、設(shè)備選型原則
通過以上三類設(shè)備的比較可看出，從巖石磨拋理論機理及微晶石磨拋工藝特性來看，單頭式磨機，特別是橋式單頭磨機是最理想的磨拋設(shè)備；而從生產(chǎn)效率來看，連續(xù)磨機具有無可比擬的優(yōu)勢。但從綜合效果來看，筆者認為單頭橋式磨機是**選擇，生產(chǎn)效率低的矛盾可通過集群布置的方式解決。而且，這種工藝布置，對生產(chǎn)產(chǎn)量的調(diào)整比較靈活，也便于維護保養(yǎng)，運行費用低于連續(xù)磨機。
根據(jù)以上理論，結(jié)合多年微晶石磨拋實踐經(jīng)驗，本公司開發(fā)出了組合式多頭連續(xù)磨機，該機由若干磨拋單元組合而成，每個單元自成體系，三大磨削參數(shù)均可無級調(diào)節(jié)，磨削軌跡和循環(huán)次數(shù)可任意設(shè)定，磨頭型式可按需選擇，以適應(yīng)微晶石“仿型淺磨酮工藝。他們即相互獨立，又可形成一個完整的行產(chǎn)線，具有很強的機動性，兼顧連續(xù)磨機和單頭磨機各自的優(yōu)勢，適合于各種生產(chǎn)規(guī)模。尤其適合于微晶石的磨拋和大規(guī)格石材板的磨拋。
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