淺談高強度人造無機石英石加工存在的問題及解決方法

林楊高

（廣東原創(chuàng)新材料科技有限公司，廣東廣州510000）

石材是在現(xiàn)代建筑施工工藝中常用到大量的建筑材料，但因天然原材料存儲量有限、開采成本越來越高以及考慮開采過程對環(huán)境的影響，天然石材的開采受到政府嚴格限制。而隨著科學技術日逾的發(fā)展，各種新型人造石材品種越來越豐富，人造石因其具有色彩艷麗、光潔度高、顏色均勻一致、抗壓耐磨、韌性好等特點，是現(xiàn)代建筑天然石材的理想代替品。而我司開發(fā)的新型無機人造石英石，以其具備高強度、綠色環(huán)保、無毒無輻射、耐磨、耐火、耐久性等特性更是未來人造石的發(fā)展方向。

新型無機人造石英石石材也正是因自有材料的特性，造成了其高強硬度，普通人造石英石石材其質地堅硬（莫氏硬度5-7）、結構致密（密度2.3g/cm3），而我司開發(fā)的新型無機人造石英石石材硬度可達莫氏7。也正因此，該新型無機人造石英石石材非常難以加工，并且在加工過程中容易出現(xiàn)以下問題：

（1）粗磨過程中劇烈的摩擦產(chǎn)生電火花，如圖1所示。

圖1 粗磨過程產(chǎn)生大量電火花

使磨削區(qū)的溫度逐漸變高因而產(chǎn)生磨料應力和變形、磨具表面燒蝕、磨料大面積脫落凹陷等情況問題的出現(xiàn)，如圖2所示，造成磨削進尺不理想、煙霧大等不良現(xiàn)象。

（2）由于該新型無機石英石石板材的高強硬度所以對其進行加工時，必需選擇相應強度的磨料方能對其進行有效磨削，但也正因此容易在加工過程中在石材表面產(chǎn)生深磨痕、波浪紋等現(xiàn)象，造成后續(xù)工序無法完全處理的弊端，如圖3所示。

圖2 磨具表面燒蝕、磨料大面種脫落凹陷

圖3 石材表面的深磨痕、波浪紋

（3）磨料與其他金屬粘合劑所形成的燒結體磨具，其整體硬度、耐熱性直接影響了磨具最終的磨削能力。由于磨削過程磨擦運動使磨具與石材接觸部位溫度上升，容易引起磨具熱學性能下降、磨具軟化變形等，原本粗糙激烈的磨削動作變成了平滑研磨，從而引起磨削量下降。

針對在加工該款新型人造無機石英石石材存在上述的這些問題，結合實際的加工應用試驗及調試，可通過以下幾方面入手優(yōu)化：

（1）磨料：所謂工欲善其事，必先利其器。磨料是確定其能否對這種高強度無機人造石英石石材進行有效磨削的核心，磨料的硬度和耐熱性決定著對石材進行加工后的有效磨削量。因此當磨料的硬度、耐熱性達不到要求時，就會出現(xiàn)磨削過程產(chǎn)生電火花、磨料燒蝕、凹陷等現(xiàn)象從而造成磨削進尺不理想。

磨料在磨削過程中起到切削的作用，在粗磨階段，采用金剛石磨料的磨塊比采用剛玉磨料的磨塊效果更好，金剛石磨粒的硬度要比剛玉的磨粒硬度高一些，在磨削的時候比較容易切入石材，磨阻力較小，對石材的磨削量更大，磨具也更耐用。

而在精磨、精拋階段，采用菱苦土磨塊，菱苦土原材料我國存儲豐富、價格便宜。菱苦土磨具具有低價格且磨削時發(fā)熱量小，不易烘?zhèn)ぜ?，自銳性能好，磨削效率高，加工表面光潔度高。菱苦土磨具是利用活性菱苦土（MgO）和氯化鎂（MgCl2·6H2O）水溶液發(fā)生水化反應，形成具有一定機構強度，能固結物體能力的結合劑，XMg（OH）2·YMgCl2·ZH2O晶體硬化物[2]，根據(jù)需要加入不同的磨料和添加劑，從而制成各種型號磨具。

（2）粒度：對粒度的取舍取決于加工物體表面的加工精度以及對生產(chǎn)效率的要求，在粗磨階段采用粗粒度磨具加工或者中等粒度磨具加工，在細磨、精磨、精拋加工階段則需要細粒度磨具。例如在粗磨階段，磨削余量大，要求的表面粗糙度值較大，應選用較粗的磨粒。因為磨粒粗、氣孔大、磨削深度較大，選用以粒度為24#、36#的金剛石磨料的磨塊進行搭配，在較好的磨削量以及表面質量的前提下，同時可調高粗磨階段進板速度進而提高磨削效率。通過采用上述型號磨塊的配置，當進板線速度在0.8～1.1m/min的情況下，可取得單個磨頭約0.4mm的削磨量。但對于粗粒度<24#的金剛石磨塊要慎重選擇，否則，在石材表面所留下的深磨痕在后續(xù)的加工工序中就難以加工處理好。

在細磨、精磨、精拋階段，對于石材磨削余量較小，要求粗糙度值較低，所以選用粒度為46#、60#、80#、100#的金剛石磨塊與 粒 度 為60#、80#、100#、120#、180#、240#、320#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1800#、2500#、5000#的菱苦土磨塊進行搭配，在磨拋進板線速度：1.0～1.3m/min的情況下，石材表面的光澤度>45，對于提高整體磨拋速度以及石材表面的光澤度取的較好的結果。

（3）磨削量：由于磨拋系統(tǒng)整體結構為“機床—磨頭—工件系統(tǒng)”的組合，在實際運作過程中的彈性退讓也是加工過程中容易出現(xiàn)的問題，這是因為磨削加工時徑向力偏大，造成各個磨頭實際的切深度小于名義的切深，由此磨頭的磨削剩余量向后累積，容易引起磨頭磨削量負載超量，磨頭電機電流超負載從而引發(fā)磨頭卡死現(xiàn)象。所以磨頭的削磨量設置必須根據(jù)加工石材的特性進行相應的調整，各個磨頭的磨削值宜采用離散式設置，不均勻負載，在整體的磨削效果中起到至關重要的作用。

表1 金剛石和有關物質的硬度值[1]

（4）壓力：在合適的階段，適當?shù)募訅?，有利于加大對石材的有效磨削量并提高光澤度，但在不恰當?shù)碾A段加大壓力有時反而不起做作還會引起副作用。作為石材表面加工處理的過程大概分為：粗磨、細磨、精磨、精拋四個階段，在粗磨階段磨具一般都采用粗顆粒磨料，如果在該階段給予加大壓力進行磨削，可提高一定的削磨量，但也留下更多的深磨痕，如還需進行后續(xù)細磨、精磨、精拋再加工的，都難以完全處理掉前面工序所留下的磨痕。所以，當在處理加工石材背面時由于其對表面要求不高，可以在粗磨階段加壓進行磨削，反而在加工石材正面時就不宜加壓處理。另在精磨、拋光階段主要是讓石材表面起光，磨具都采用細顆粒磨料，如果在該階段加壓磨拋，對處理前期工序中留下來的深磨痕、波浪紋也不起作為。所以在各個磨拋階段也需根據(jù)石材的特性，添加合當?shù)膲毫?，對于處理深磨痕、波浪紋有利，并且可提高光澤度。

（5）速度：磨、拋機縱向進板線速度、磨頭橫向擺動速度對磨削、拋光效果影響很大。隨著縱向進板線速度的提高，磨阻力增大，石材表面深磨痕增多、磨削量下降、光澤度下降，所以需同時提高磨頭橫向的擺動速度以降低縱向進板線速度提高后所帶來的負面影響。但磨頭橫向的擺動速度提高后所帶來的效應有一定的極限性，只能處理進板線速度在一定范圍內變化所帶來的影響。然而如果縱向進板線速度、磨頭橫向擺動速度過低則會加快磨料磨損和降低生產(chǎn)效率。所以必須根據(jù)所要加工的石材特性，對磨、拋機縱向進板線速度、磨頭橫向擺動速度調到一個合適區(qū)間。

經(jīng)過以上多方面的優(yōu)化，對于該款新型人造無機石英石石材的加工在磨削量、光澤度、磨拋效率、延長磨具的壽命并提高經(jīng)濟效益方面效果明顯。同時對于同行業(yè)高強度人造石英石的加工、工藝的選擇提供更科學的依據(jù)，促進企業(yè)與行業(yè)的高質量發(fā)展。