微晶石板材磨抛工艺特点与设备选型

一、微晶石的磨抛工艺特点  
       
        微晶石板材是由特定组份的玻璃颗粒在高温下烧结而成，其内部组织结构为玻璃相和结晶相共存，两者的比例决定了材料的理化性能和表面特性。微晶石内部结晶相是从玻璃颗粒界面开始向中心生长，由于晶体生长方向各异及两种岩相组织共存，从而形成绚丽的表面花纹。由于微晶石是在高温下烧制而成，玻璃颗粒在高温下呈熔融状态，颗粒之间搭接空间所存在的空气以及颗粒内部原有的气泡被封闭在内无法排出从而在内部形成大量的气孔。这些气孔如出现在微晶石表面，即成为其表面缺陷，造成废品。与此同时，在熔融状态下，由于表面张力的作用，其表面形成一个“火抛光”表层，其厚度仅有几十微米，光泽度在70度以上。这层极薄的表层组织将内部气孔完全覆盖，从而确保了微晶石表面的装饰效果。故这层极薄的表层组织对微晶石表面质量极为重要。微晶石这种独特的组织结构，使之在磨抛和切割加工时具有独特的工艺性，不能简单套用天然石材的加工工艺相应的加工设备也应适应这种工艺变化。 
　　天然石材的研磨抛光，其目的有两个，一是为了获得表面的平整度，二是为了获得表面光泽度。而微晶石板材，由于其特有的内部和表层组织结构，它的表面平整度必须在板材烧成过程中形成，不能通过后续的研磨来纠正，否则会破坏表层组织，使内部气孔暴露出来，严重影响板材表面的装饰效果。所以在其磨抛过程中，必须完整保留这一层组织，故要求磨削量非常小。所以微晶石板材的磨抛实际上只是为了获得所要求的表面光泽度。另外，在板材烧成过程中，由于温度变化，其表面不会是一个理想的平面，故在其磨抛过程中，为保证表面各处的磨削量均匀，磨具必须具有随动功能，也即所谓的“仿型”功能。故微晶石的磨抛工艺特点可总结为“仿型浅磨削”工艺。这是有别于天然石材的独特之处。
                   
二、常用磨抛设备特性分析   
       
        目前，微晶石板材的磨抛设备基本沿用了天然石材的磨抛设备，常用的有手扶磨机、单头桥式磨机和多头连续磨机。另外磨头的型式又有固定法兰式、万向式、行星式、摇摆式等型式。磨具种类有金刚石磨具、树脂磨具、软性磨具等。下面结合微晶石磨抛工艺分析一下各类设备的特点，以便根据微晶石的工艺特性，正确选择加工设备。  
                       
        1、多头连续磨机                                 
        
        多头连续磨机是为适应石材大批量生产面开发出的自动连续生产设备，其优点是生产效率和自动化水平高，大幅度提高了石材磨抛效率。但连续磨机也存在以下一些弊病。 

        目前所有多头连续磨机结构大同小异，即板材由皮带带动作纵向运动，磨头由摆动桥梁带动做横向往复运动。此时，磨具在板材上的的轨迹为一波浪型，如果考察磨具上一粒磨料的运动轨迹，即为由一系列的圆组成且圆心为“之”字型的轨迹组合。通过几何作图，观察各个圆的重叠部分轨迹疏密程度，可看出：在横向运动方向，板材边缘轨迹最疏，中心次    之，而介于两者之间的区域轨迹最密。由此可以看出，两侧的磨削量要小于中间部分。另外，观察纵向运动轨迹，轨迹的密集重叠区呈现明显的波浪型。由此可以看出，由于连续磨机固有的结构和工作原理，其横向和纵向的磨削量都不均匀。要改善磨削的不均匀性，可采取以下措施：尽量选用梯形磨具而不用矩形磨具；使磨头做正弦往复运动，以便增加磨头在两边的磨削时间；使磨盘的直径成板材宽度的整数倍；提高摆动梁的往复频率；使各个磨头做横向运动的时间不一致，最好是交错运动。以上措施除前几条外，后两条就目前来讲，实现起来比较困难。此乃连续磨机弊病之一。
　　
        另外，磨削工艺参数：即磨削压力、磨盘转速、进给速度直接关系到磨削效率、磨削质量和磨削成本。根据岩石磨抛学理论，磨削进给速度对磨削效率没有影响，但与磨具的磨损率呈正比关系。磨盘转速与磨削效率和磨具磨损率呈正比关系。而磨削压力也与磨削效率和磨具磨损率呈正比关系，但对后者的影响更大。所以，在选择正确的工艺参数时，应尽可能采用低的进给速度和低的磨削压力，而磨削压力的下降对生产效率的影响可通过提高转速来补偿。而且，在粗磨阶段和精磨阶段，应采用不同的工艺参数。而这些手段，目前连续磨机无法实现。此乃连续磨机弊病之二。 
　　
        连续磨机工作时，其板材的的进给是连续的，在板材的磨抛过程中，无法监测板材表面的磨抛效果，只能在出口处检查，使得质量控制处于滞后状态，从而造成废品或返工。而且一个磨头出现问题，全线都要停车。此外连续磨机运行和维护成本也较高。此乃连续磨机弊病之三。 
　　
        2．手扶磨机 
　　
        手扶磨机是传统的石材磨抛设备，具有悠久的历史。其结构简单、价格低廉、易于操作。特别适合小批量作业。由于采用单头曲柄机构，其磨削过程中，磨削轨迹可随意调整，并且可随时观察板材表面的磨削情况，随时调整磨削参数。此为手扶磨机的优势所在。但目前大多数手扶磨机磨削转速不能调整，磨削压力和磨头移动速度均为人工控制，具有很大的随意性，工人的操作水平对产品质量影响较大。另外，由于生产效率低，工人劳动强度大，无法形成批量规模生产。此为其劣势所在。
　　
        3．单头桥式磨机 
　　
        此类设备结构型式有两种。一种是桥固定，工作台移动；另一种为工作台固定，桥移动。这两种结构型式比较，后者较为合理。因为首先在工作台面积相同情况下，后者占地空间要小。其次移动式工作台不可能做的太大，限制了磨削尺寸范围。还有工作台在磨削过程中希望有较好的稳定性，而移动式工作台买稳定性不利。 
  
        从控制方式来讲，有全自动和半自动之分。所谓全自动方式，即人工设定参数以后启动磨机，磨机即按程序自动完成所有操作。而半自动方式，即在磨削过程中，磨机的每一步动作均有人工控制。       
        
        从控制水平来讲，较理想的应该是三大磨削参数均可无级调节，以适应各种板材和各道工序的不同需要。而且，运行轨迹可人为设定。                      
   
        单头桥式磨机在继承手扶磨机优点的基础上，由于采用了自动化控制，减少了磨削过程中人为的影响，确保了磨削质量的提高。其生产效率要高于手扶磨机，但单台生产能力低于连续磨机，这是其劣势所在。 
    
        三、设备选型原则  
                           
        通过以上三类设备的比较可看出，从岩石磨抛理论机理及微晶石磨抛工艺特性来看，单头式磨机，特别是桥式单头磨机是最理想的磨抛设备；而从生产效率来看，连续磨机具有无可比拟的优势。但从综合效果来看，笔者认为单头桥式磨机是最佳选择，生产效率低的矛盾可通过集群布置的方式解决。而且，这种工艺布置，对生产产量的调整比较灵活，也便于维护保养，运行费用低于连续磨机。
  
        根据以上理论，结合多年微晶石磨抛实践经验，本公司开发出了组合式多头连续磨机，该机由若干磨抛单元组合而成，每个单元自成体系，三大磨削参数均可无级调节，磨削轨迹和循环次数可任意设定，磨头型式可按需选择，以适应微晶石“仿型浅磨酮工艺。他们即相互独立，又可形成一个完整的行产线，具有很强的机动性，兼顾连续磨机和单头磨机各自的优势，适合于各种生产规模。尤其适合于微晶石的磨抛和大规格石材板的磨抛。