大規(guī)格陶瓷板均勻性磨削機(jī)理研究

徐斌 周祖兵

摘 要：針對大規(guī)格陶瓷板磨削均勻性差，加工效率低的現(xiàn)狀，本文提出大規(guī)格陶瓷板均勻性磨削機(jī)理及實現(xiàn)方法，采用均勻性磨削區(qū)域平移到非均勻性磨削區(qū)域，提高大規(guī)格陶瓷板板面均勻性。并通過仿真驗證了所提大規(guī)格均勻磨削理論的正確性。研究結(jié)果還得出磨頭并排磨削不僅提高均勻性還提高加工效率。

關(guān)健詞：大規(guī)格陶瓷板；均勻磨削；非均勻性磨削；磨頭

1 前言

近兩年，陶瓷大板，是意大利博洛尼亞CERSAIE展會最吸引眼球的產(chǎn)品。博洛尼亞展之后，國內(nèi)瓷磚行業(yè)、設(shè)計界的專家無一例外都將陶瓷大板列為瓷磚行業(yè)第一國際流行趨勢。據(jù)業(yè)內(nèi)資深人士透露，截止2016年底，國內(nèi)已有18條大板生產(chǎn)線投產(chǎn)[1]，2017年在國內(nèi)市場推廣大板正當(dāng)其時。金牌陶瓷、亞細(xì)亞集團(tuán)等知名陶企相繼推出1200×2400 mm、1600×3200 mm等大規(guī)格產(chǎn)品。

目前加工大規(guī)格陶瓷板的技術(shù)比較成熟，在表面拋光的深加工階段，采用將現(xiàn)有瓷磚拋光機(jī)寬度加大的方式進(jìn)行[2-3]。在拋光工藝方面則繼續(xù)沿用傳統(tǒng)擺動式拋光工藝。在繼承這種加工工藝優(yōu)勢的同時，也顯現(xiàn)出無法滿足大規(guī)格陶瓷板表面加工的要求。一是大規(guī)格陶瓷表面磨削均勻性無法滿足；二是加工效率低。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)有擺動式瓷磚拋光機(jī)磨削瓷磚表面均勻性規(guī)律，提出大規(guī)格陶瓷板磨削均勻性機(jī)理及其實現(xiàn)方法。通過對大規(guī)格陶瓷板表面磨削均勻性仿真，驗證了本文所提出大規(guī)格陶瓷板磨削均勻性機(jī)理及實現(xiàn)方法的正確性。本文研究結(jié)果對研究大規(guī)格陶瓷板加工工藝和技術(shù)提供理論指導(dǎo)，為設(shè)備創(chuàng)新提供理論依據(jù)。

2 現(xiàn)有擺動式瓷磚拋光機(jī)磨頭磨削均勻性分析

圖1為擺動式拋光磨頭對瓷磚拋光過程圖，瓷磚在皮帶的驅(qū)動下不斷地向前進(jìn)給，磨頭在橫梁的驅(qū)動下作橫向擺動。在圖1中，磨頭從極限位置A橫向移動到極限位置B，就會覆蓋整個瓷磚的表面。磨頭橫向擺動的幅度為H，磨頭通常會超出瓷磚的邊界約100 mm，該值是按照磨頭直徑550 mm計算。

為了分析現(xiàn)有擺動式拋光磨頭磨削表面的均勻性，如圖2所示，以800 × 800 mm瓷磚為例，采用磨削直徑550 mm的磨頭，磨塊的長度170 mm，磨塊伸出瓷磚邊緣的長度為100 mm。磨頭擺動的幅度為450 mm。磨頭擺動時，瓷磚靜止不進(jìn)給，考察磨頭從一個極限Ⅰ擺動到另外一個極限Ⅱ，磨頭在瓷磚表面的磨削均勻性。

仿真方法和過程如下：將瓷磚的縱橫向各等分10份，瓷磚表面被分成為100個小格子。同時磨頭擺動幅度分為10等份。磨頭沿著磨頭幅度的等份點，依次按照箭頭方向向前移動，磨頭會從瓷磚表面所分的每個分格的邊緣處開始，依次經(jīng)過整個分格。然后計算出磨頭經(jīng)過該分格所覆蓋該分格的次數(shù)。每覆蓋一次，就在分格里放置一個圓圈。每個分格里面的圓圈數(shù)，就是磨頭經(jīng)過該分格的覆蓋次數(shù)。其仿真結(jié)果如圖3所示。

通過圖3的仿真結(jié)果看出，瓷磚中間的磨削次數(shù)多于兩邊，瓷磚中間磨削相對均勻一些。瓷磚磨削的次數(shù)從邊緣Ⅰ開始逐漸增加，到瓷磚中部時磨削次數(shù)最多，而且相對穩(wěn)定。經(jīng)過瓷磚中部以后，磨削次數(shù)下降，到瓷磚另外一個邊緣Ⅱ最少。也就是說，瓷磚中部是磨的多，是過磨的，兩邊磨的少。為了應(yīng)對這種磨削均勻性的現(xiàn)象，目前瓷磚廠從窯爐出來的瓷磚都是龜背的，兩邊低中間高。最后，瓷磚就會被磨平。如果從窯爐出來的瓷磚是平整的，瓷磚被磨削之后，就會出現(xiàn)凹心。

通過圖3的仿真結(jié)果本文總結(jié)出現(xiàn)有擺動式瓷磚拋光機(jī)磨削瓷磚的均勻性曲線，如圖4所示。瓷磚擺動磨削之后，瓷磚表面會呈現(xiàn)中間磨削均勻，兩邊磨削不均勻的規(guī)律。

隨著瓷磚規(guī)格的加大，瓷磚邊緣部位不均勻性區(qū)域1、區(qū)域3就會加大。瓷磚進(jìn)給速度加快就會出現(xiàn)漏拋。目前大規(guī)格陶瓷板都是采用擺動式拋光方法加工的，都會出現(xiàn)普通瓷磚的磨削均勻性規(guī)律。為了使陶瓷大板磨削的平整一些，并且減少漏拋，陶瓷大板的進(jìn)給速度只有3 ～ 6 m/min。

3 大規(guī)格陶瓷板均勻性磨削機(jī)理

針對大規(guī)格陶瓷板磨削均勻性差，加工效率低的現(xiàn)狀，提出大規(guī)格陶瓷板均勻性磨削理論。該理論如下：磨頭只要擺動磨削，大規(guī)格陶瓷板表面磨削均勻性，就會產(chǎn)生圖4中所示的磨削均勻性規(guī)律曲線。為了消除邊緣部位磨削的不均勻性，將中間磨削均勻性部位移動到非均勻性區(qū)域，從而實現(xiàn)整面的均勻性磨削。

具體的步驟如下：

如圖5所示，圖中虛線顯示的是磨頭在大規(guī)格陶瓷板寬度方向上擺動磨削后，磨削均勻性規(guī)律曲線。分為三個區(qū)域：區(qū)域1為非均勻性區(qū)域；區(qū)域2為均勻性區(qū)域；區(qū)域3為非均勻性區(qū)域。圖5（a）將均勻性磨削區(qū)域向左移動到區(qū)域1，磨削規(guī)律曲線中均勻段左移到區(qū)域1的上方，圖中實線顯示部分。圖5（b）將均勻性磨削區(qū)域向右移動到區(qū)域2，磨削規(guī)律曲線中均勻段右移到區(qū)域2的上方，圖中實線顯示部分。圖5（c）是磨削均勻曲線左右移動之后，磨削非均勻區(qū)域在陶瓷大板的中間部位疊加。也就是兩個磨削非均勻區(qū)域的磨削次數(shù)在陶瓷大板的中間部位疊加。這時陶瓷大板中間部位的磨削次數(shù)就會增加，與邊緣均勻磨削區(qū)域的磨削次數(shù)相差無幾。圖5（d）是經(jīng)過均勻性磨削區(qū)域左右移動、中間部位非均勻性區(qū)域疊加之后，陶瓷大板表面的磨削均勻性。表面的磨削均勻性區(qū)域覆蓋絕大部分板面，在板面的邊緣處也會有非均勻性區(qū)域，因為大板邊緣預(yù)留的邊緣余量很大，最后會做切邊處理，邊緣非均勻性區(qū)域就會減小或者沒有，最終實現(xiàn)板面的整體磨削均勻。

4 大規(guī)格陶瓷板均勻性磨削實現(xiàn)方法

根據(jù)上述大規(guī)格陶瓷板均勻性磨削理論，其具體的實現(xiàn)方法如下：

大規(guī)格陶瓷板從中間分為左右兩個部分，有兩個磨頭1、2各加工板面的左邊和右邊。兩個磨頭并排放置，同時擺動，如圖6所示。擺動的幅度都是H1。

如圖7所示。磨頭1加工板面的左邊部分，磨頭1的擺動幅度很小。前面分析得知，磨頭只要擺動磨削，就會產(chǎn)生如圖4所示的規(guī)律。因此，磨頭1在板面左邊磨削產(chǎn)生三個區(qū)域，非均勻區(qū)域（1）、（2），均勻區(qū)域（3）。均勻性區(qū)域（3），就會在板面左邊的中間部位。圖7由兩個圖組成，上面是俯視圖，下面是其主視圖。而板面左邊的中間部位，是普通擺動磨削非均勻性區(qū)域的所在。

圖8所示，磨頭2加工板面的右邊部分，其磨削規(guī)律同磨頭1、磨頭2在板面右邊磨削產(chǎn)生三個區(qū)域，非均勻區(qū)域（4）、（6），均勻區(qū)域（5）。均勻性區(qū)域（5），就會在板面右邊的中間部位。

磨頭1、2擺動加工之后，陶瓷大板板面中間部位是磨頭1非均勻性區(qū)域（2）、磨頭2非均勻性區(qū)域（4）的疊加。磨頭移動到邊緣位置時，磨削的次數(shù)會減少，但是兩次磨削次數(shù)的疊加，會大幅度提高陶瓷大板板面中間部分的磨削次數(shù)。提高了其磨削的均勻性。如圖9所示。磨削均勻區(qū)域（7）是磨頭1非均勻性區(qū)域（2）、磨頭2非均勻性區(qū)域（4）的疊加。最終實現(xiàn)板面的整體性磨削均勻，如圖10所示。

圖10所示，板面絕大部分是磨削均勻的，唯獨邊緣部位還有少許的非均勻性區(qū)域，因為本文仿真沒有在邊緣部位作停留。而在實際加工過程中，磨頭擺動到邊緣部位時，會作短暫的停留。板面邊緣部位的磨削次數(shù)會增加。因此，板面最終會實現(xiàn)整體性磨削均勻。

5 大規(guī)格陶瓷板均勻性磨削實例仿真

為了驗證大規(guī)格陶瓷板均勻性磨削理論和實現(xiàn)方法的正確性，采用仿真的方法進(jìn)行。采用1200×3000 mm規(guī)格的陶瓷大板，兩個磨頭直徑都是550 mm，磨頭加工到邊緣位置時，磨頭超出邊緣部位100 mm。兩個磨頭的間距590 mm，擺動幅度260 mm，陶瓷大板的進(jìn)給速度12 m/min，磨頭的擺動頻率10次/分鐘。

仿真原理圖如圖11、12所示。

仿真方法和過程如下：將瓷磚的橫向等分10份，縱向按照橫向等分的距離，依次等分邊長，陶瓷大板表面被分成為大小相等的小格子。同時磨頭擺動幅度分為10等份。磨頭沿著磨頭幅度的等份點，依次按照箭頭方向向前移動，磨頭會從瓷磚表面所分的每個分格的邊緣處開始，依次經(jīng)過整個分格。然后計算出磨頭經(jīng)過該分格所覆蓋該分格的次數(shù)。

仿真結(jié)果如圖13所示。

圖13顯示，在磨頭正常磨削大板的中間階段，整個大板表面的磨削均勻，邊緣處各有一小格的距離磨削次數(shù)少于中間。這個部位的將來會采用切邊，和磨頭邊緣停留的方式，將邊緣部位磨削均勻。

從仿真結(jié)果看，采用本文提出的磨削均勻性理論和實現(xiàn)方法，大規(guī)格的陶瓷大板表面可實現(xiàn)磨削均勻性面積達(dá)到98%的程度，能夠有效的提高大板瓷磚的表面均勻性磨削。仿真結(jié)果得出本文提出的大規(guī)格陶瓷板均勻性磨削理論和實現(xiàn)方法是正確的。

寬度為1200 mm大板，采用兩個磨頭并排拋光。每個磨頭的拋光的面積相當(dāng)于規(guī)格為600 mm的瓷磚。在進(jìn)給速度上，可以達(dá)到規(guī)格為600 mm的瓷磚效率。因此，大規(guī)格陶瓷板均勻性磨削機(jī)理和實現(xiàn)方法，不僅能提高板面磨削的均勻性，同時提高加工效率。

6 結(jié)論

（1） 磨頭擺動磨削瓷磚表面，會在瓷磚表面產(chǎn)生三個區(qū)域：兩側(cè)非均勻性磨削區(qū)域，中間磨削均勻性區(qū)域。

（2） 提出大規(guī)格陶瓷板均勻性磨削理論及實現(xiàn)方法，采用均勻性磨削區(qū)域平移到非均勻性磨削區(qū)域，能夠提高大規(guī)格陶瓷板板面磨削均勻性。

（3） 大規(guī)格陶瓷板板面仿真實驗結(jié)果驗證了大規(guī)格陶瓷板均勻性磨削理論及實現(xiàn)方法的正確性。采用雙磨頭并排磨削大板表面不僅提高磨削均勻性，而且提高加工效率。

參考文獻(xiàn)

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