石材加工中的磨輪磨削工藝

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於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。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。

前言

隨著裝修業的不斷發展,對石材製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-成型-粗磨-細磨-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,很少關於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。

實驗過程

實驗過程 實驗用石材為濟南青(橄欖輝長岩)和齊魯紅(二長花崗岩),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)。實驗是在義大利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T1和T2。其形狀如圖1,具體參數如表2。

用WGG60-S(C)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(ae=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。

實驗結果與討論

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15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15次的累積磨損量,光澤度則是15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係,從圖中可以看出,T1、T2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係不大,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:D1=1.8mm

切割齊魯紅時:D2=3mm

切割濟南青時磨輪每米半徑磨損：R1=D1/(15×5×2)=1.8/(15×5×2)=0.012(mm/m)

切割齊魯紅時磨輪每米半徑磨損R2=D2/(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,而與石材的硬度關係不大。由於T2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,由於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,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衝擊能力。

輝石硬度較低,其磨削切除機製為塑性變形和切削。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,加工工藝採用較大的切深(ae)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,採用較高主軸轉速加工工藝,以提高光澤度。

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於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。

註：文圖來源於網路整理

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