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石材加工中的磨輪磨削工藝

[ 發布時間 : 2010-1-4 12:02:22 ] 瀏覽次數:

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劉增文黃波王志張進生
(山東大學機械工程學院石材工程中心，山東濟南250061)

　　摘要：本文是通過實驗的方法研究花崗石磨拋工藝，分析磨輪磨損的原因和影響光澤度的因素，探討磨輪在花崗石磨削過程中的半徑補償，以指導實際生產，提高生產效率和加工精度。通過實驗可以得到以下結論：磨輪的磨損主要取決于石材的硬度和石材去除量，石材硬度愈高，磨輪壽命愈短;去除量愈大，磨輪磨損愈大。樹脂型磨輪磨拋花崗石，磨輪半徑每米要補償0.0l一0.02mm。光澤度與磨粒的粒度和主軸轉速有關，磨粒的粒度越小，轉速愈高，光澤度愈高。

　　1 前言

　　隨著裝修業的不斷發展，對石材制品的形狀和尺寸要求越來越高。大量的數控和自動化加工設備進入石材加工業，裝飾用石材的加工工藝一般分為：下料一成型一粗磨一細磨一精磨。其中，細磨和精磨是制約石材加工效率和加工精度的主要因素，也是影響數控機床在石材加工業普及的主要原因。因此，研究磨削工藝具有十分重要的意義。

　　已有很多資料介紹有關花崗石磨削機理的研究，很少關于實際生產中磨削工藝的研究。本文在實驗研究的基礎上，通過磨輪尺寸和所加工石材光潔度的變化，分析磨輪磨損的原因、影響光澤度的因素，以確定花崗石磨削工藝。使用兩種不同粒度但相同尺寸和形狀(如圖1)的異型樹脂磨輪，加工兩種不同硬度的花崗石，在一定的加工工藝下，通過測量磨輪尺寸的變化和石材光澤度，分析影響磨輪磨損和光澤度的因素，得到了磨輪在花崗石磨削過程中的半徑補償值，以提高石材磨削的效率和精度，促進數控設備在石材加工行業中的應用。www.www.dechunwater.cn

　　2 實驗過程

　　實驗用石材為濟南青(橄欖輝長巖)和齊魯紅(二長花崗巖)，其礦物質含量及其硬度如表1。兩種花崗石的厚度都是20mm，幅面尺寸均為1000mm×800mm(圖2)。

　　實驗是在意大利CMS公司生產的石材加工中心(型號：SPEED3)上進行的。所用磨輪為菱苦土作粘合劑，SiC為磨料，但粒度不同的兩個磨輪Tl和T2。其形狀如圖1，具體參數如表2。

試樣礦物質含量及硬度刀具參數

　　表1 試樣礦物質含量及硬度用WGG∞ 一S( )光澤度計測量所加工石材的光澤度，用外徑千分尺測磨輪直徑的變化。

　　在切削加工中，切深(a ：0.1mm)和每轉進給(fr： 0.1mm/r)保持不變，改變主軸轉速(3000r/min=-8000r/min)(每次變化1000r/min)，因此，其進給速度也相應地發生變化。具體工藝方案如表3。表3 實驗工藝方案

　　3 實驗結果與討論

　　實驗過程中，每一種工藝組合完成15m的磨削長度，也就是針對每一種工藝組合，都要加工l5次，每次切深皆為0.1mm。即圖3、圖4中的坐標值都是完成相同切削體積的情況下得到的。磨輪直徑的變化是磨削l5次的累積磨損量，光澤度則是l5次測量結果的平均值。

　　圖3給出了磨輪直徑的磨損與轉速的關系，從圖中可以看出，Tl、加工齊魯紅比加工濟南青磨損大，這說明磨輪的磨損與磨粒的大小無關，而與所加工石材的材質即石材的硬度有關。加工的石材愈硬，磨輪磨損愈大。磨輪的磨損與轉速關系不大，而與材料的去除量成正比。由圖3可計算出每磨削1米石材，磨輪直徑的磨損量，以作數控加工過程中磨輪半徑補償之用。

　　前五組工藝參數磨輪直徑的累積變化量為△D：切割濟南青時：△DI=1.8mm切割齊魯紅時：△D2=3mm

　　切割濟南青時磨輪每米半徑磨損：△RI=ADI/(15×5 x2)=1.8/(15×5×2)=0.012(mm/m)

　　切割齊魯紅時磨輪每米半徑磨損：△R2：AD2/(15×5×2)=3/(15×5×2)=0.02(mm/m)

　　因此為了保證加工精度，數控機床磨削較軟的花崗石(如濟南青)時，每磨削一米半徑補償0.012mm。磨削較硬的花崗石(如齊魯紅)時，每磨削一米半徑補償0.02mm。

　　圖4磨輪轉速對加工表面光澤度的影響，從圖中可以看出，光澤度與磨粒的粒度和磨輪轉速有關，而與石材的硬度關系不大。由于的磨粒較細，其加工的光澤度要比T1加工的高。轉速愈高，刀具的線速度愈高，因此，光澤度愈高。

　　由圖3、圖4還可以看出，在高速狀態下，磨輪的磨損加劇，光澤度降低。這主要是因為，轉速愈高，由于磨輪和主軸系統的不平衡產生的離心力愈大。在磨削過程中，產生的振動愈大，磨輪磨損增大，光澤度降低。

　　造成花崗石具有不同磨削切除機制的主要原因是其礦物質的成分。花崗石的主要成分是石英、長石和輝石，石英和輝石硬度較高，具有脆塑性，其切除機制以斷裂為主|4 J，磨削切除這類礦物質要求磨輪磨粒較粗，粘結劑強度較高，以便使磨粒具有足夠的強度和抗沖擊能力。輝石硬度較低，其磨削切除機制為塑性變形和切削。要求磨輪具有較細磨粒，粘結劑強度較低，以便磨鈍的磨粒及時脫落，保持磨輪的鋒利。

　　粗磨和半精磨時，應使用較粗磨粒的磨輪，加工工藝采用較大的切深(a。)和較大的進給，以提高切削效率。精磨時，應使用較細磨粒的磨輪，采用較高主軸轉速加工工藝，以提高光澤度。

　　4 結論

　　通過用兩種不同粒度磨輪磨削不同硬度的花崗石實驗，可以得到以下結論：磨輪的磨損主要取決于石材的硬度和石材去除量，石材硬度愈高，磨輪壽命愈短;去除量愈大，磨輪磨損愈大。樹脂型磨輪磨拋花崗石，磨輪半徑每米要補償0.01—0.02mm，石材硬度愈高，補償愈大。光澤度與磨粒的粒度和主軸轉速有關，磨粒的粒度越小，轉速愈高，光澤度愈高。但轉速超過一定值時，磨輪磨損加快，光澤度下降。

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