瓷磚拋光磨頭磨削參數(shù)優(yōu)化

摘 要：在本文中，設(shè)計(jì)一個(gè)綜合性試驗(yàn)用于觀察不同轉(zhuǎn)速、壓力、磨塊粒度號下磨頭的磨削效率和能耗，試驗(yàn)結(jié)果清晰的顯示磨頭的磨削效率與磨頭的轉(zhuǎn)速不成正比。同時(shí)調(diào)查了陶瓷廠拋光磨頭的能耗，調(diào)查結(jié)果得出拋光線拋光線拋光磨頭效率和能耗的分布規(guī)律，并對每個(gè)工序的拋光磨頭磨削參數(shù)和能耗進(jìn)行優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：磨頭;轉(zhuǎn)速; 能耗;磨削效率

1 前 言

瓷質(zhì)磚是一種非常緊密的陶瓷材料，在瓷磚加工中拋光可獲得高質(zhì)量的瓷磚表面。隨著人們對高質(zhì)量瓷磚需求的增加，對瓷磚高光滑磨削技術(shù)和高生產(chǎn)能力產(chǎn)生強(qiáng)烈的要求。瓷磚拋光過程是由排成一個(gè)序列的切線拋光磨頭完成，磨頭上配置粒度逐步降低的磨料。通常超過60拋光頭和多達(dá)20種不同的磨料尺寸用于瓷磚生產(chǎn)，滿足市場所需的光澤水平[1～3]。

拋光線已經(jīng)發(fā)展到大型化，瓷磚拋光設(shè)備發(fā)展極大的增加了水和電的能源消耗。磨頭的磨削參數(shù)對瓷磚表面質(zhì)量，成本，以及生產(chǎn)效率有重要影響[4～6]。磨頭能耗隨磨頭磨削參數(shù)而變化。如果砂輪磨削參數(shù)是不合適的，拋光線就容易產(chǎn)生能耗不平衡。為了適應(yīng)瓷磚加工，磨削參數(shù)（壓力，進(jìn)給速度等），必須進(jìn)行優(yōu)化。

在本文中，設(shè)計(jì)一個(gè)綜合性試驗(yàn)用于觀察不同轉(zhuǎn)速、壓力、磨塊下磨頭的磨削效率和能耗。同時(shí)我們調(diào)查了陶瓷廠拋光磨頭的能耗。試驗(yàn)結(jié)果清晰的顯示磨頭的磨削效率與磨頭的轉(zhuǎn)速不成正比?；谔沾蓮S調(diào)查結(jié)果，我們得出拋光線拋光線拋光磨頭和能耗的分布規(guī)律，并對每個(gè)工序的拋光磨頭磨削參數(shù)和能耗進(jìn)行優(yōu)化。

2試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)對磨頭轉(zhuǎn)速、氣缸氣壓、磨塊粒度號這3個(gè)因素進(jìn)行試驗(yàn)。各參數(shù)選取如下：

1）轉(zhuǎn)速選?。含F(xiàn)磨頭標(biāo)配轉(zhuǎn)速為520 rpm， 根據(jù)磨頭小皮帶輪軸心尺寸和傳動(dòng)比，試驗(yàn)轉(zhuǎn)速取值540rpm，560rpm，590rpm，610rpm。為了便于對比，也選取470rpm，520rpm進(jìn)行試驗(yàn)。所以試驗(yàn)?zāi)ヮ^磚轉(zhuǎn)速有6個(gè)值。

（2）氣缸壓力選取：0.2MPa，0.3MPa，0.4MPa。

（3）磨塊粒度號選?。涸囼?yàn)?zāi)K按照粗中精拋三道工序來分類進(jìn)行，a）粗拋：金剛46#;b）中拋：碳化硅240#;c）精拋：碳化硅800#。

試驗(yàn)瓷磚選用刮平過的瓷磚，瓷磚的規(guī)格是600mm×600mm×10mm，試驗(yàn)瓷磚一共120塊。

2.2試驗(yàn)過程

試驗(yàn)前先將所有的試驗(yàn)瓷磚編號，并進(jìn)行一一稱重記錄。將瓷磚放置在傳動(dòng)帶上，在加工過程中傳送帶固定不動(dòng)。按照表1參數(shù)配置進(jìn)行試驗(yàn)。其他參數(shù)不變，更換磨塊再按照表1進(jìn)行試驗(yàn)。直至所有的磨塊都試驗(yàn)后，將磨頭轉(zhuǎn)速利用變頻器調(diào)整為520，再按照上述步驟進(jìn)行試驗(yàn)，直至將所有的轉(zhuǎn)速都試驗(yàn)完。

每個(gè)試驗(yàn)結(jié)束后，將試驗(yàn)瓷磚取下風(fēng)干后稱重并記錄。每個(gè)試驗(yàn)過程中都要記錄磨頭電流表數(shù)值。

試驗(yàn)結(jié)果如表2-表4所示。

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1粗拋工序

表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，磨頭轉(zhuǎn)速與瓷磚磨削量不成正比。以轉(zhuǎn)速540為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，轉(zhuǎn)速越高磨削效率越低。而磨頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能耗卻越來越高?，F(xiàn)在標(biāo)配磨頭的轉(zhuǎn)速為520轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為11kW，額定電流21.5A。工作時(shí)的工作壓力為0.4MPa，將磨頭轉(zhuǎn)速提升到540，而磨削量僅提升了0.13kg。但是電機(jī)電流是22A，達(dá)到了超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。電機(jī)的功率需要提升至15kW，顯然不合適。

綜上分析可知，在粗拋階段，不能盲目的通過提高轉(zhuǎn)速來提高磨削效率。轉(zhuǎn)速功率的增加與磨削量不成比例。造成了能源的浪費(fèi)。

3.2中拋工序

表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：磨頭轉(zhuǎn)速與瓷磚去除量不成比例，磨削量僅僅是0.05-0.1之間的差別。而電流卻達(dá)到38A。

因此，在中拋階段，不易提速。520是最佳轉(zhuǎn)速。

對比表2、3看出，碳化硅磨塊消耗的電流比金剛石磨塊消耗的電流多。同樣是520的轉(zhuǎn)速，0.4MPa的壓力，金剛石的電流是22A，而碳化硅的電流是30A。顯然，中拋階段在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 精拋工序

表4試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，隨著磨頭轉(zhuǎn)速的提升，磨削量幾乎沒有什么變化，而能耗也變化甚微。

數(shù)據(jù)顯示，在這個(gè)階段可以將轉(zhuǎn)速提升到590-610。但是電流能耗達(dá)到24A，需要將電機(jī)的功率從11kW提升到15kW。

4陶瓷廠一線數(shù)據(jù)調(diào)查結(jié)果與分析

4.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文對佛山多家陶瓷廠的同類型瓷磚生產(chǎn)線進(jìn)行調(diào)查，該生產(chǎn)線的概況如表5所示。

本次調(diào)查的對象是生產(chǎn)線中的拋光工序，該工序由分為粗、中、精拋，一共3臺拋光機(jī)，第一拋光機(jī)15個(gè)磨頭，第二、三拋光機(jī)各16個(gè)磨頭。本文調(diào)查記錄每道工序中每個(gè)磨頭的轉(zhuǎn)速、磨頭電流、磨頭壓力、磨塊粒度號、磨塊類型。并做記錄。

4.2粗拋工序調(diào)查結(jié)果與分析

表6數(shù)據(jù)顯示，粗拋工序配置的都是金剛石磨塊，磨頭壓力在0.3-0.4MPa之間，轉(zhuǎn)速是520。但是磨頭工作電流的能耗最低僅為11.1A。而配置的電機(jī)是11kW，額定電流是21.5A。電機(jī)僅發(fā)揮出一半的功率。

4.3中拋工序調(diào)查結(jié)果與分析

表7調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，中拋階段一半的電機(jī)采用金剛石磨塊，另外一半的電機(jī)采用碳化硅磨塊。金剛石磨頭的電機(jī)能耗低。而碳化硅磨塊磨頭的能耗高，在同樣的轉(zhuǎn)速和磨頭壓力下，碳化硅磨塊磨頭消耗的電流達(dá)到30.2A，而金剛石才11.4A。他們所配置的都是11kW的電機(jī)。碳化硅磨塊磨頭在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.4精拋工序調(diào)查結(jié)果與分析

表8調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，精拋階段全部采用碳化硅磨塊，磨頭的電流能耗在16A到31A之間。磨頭都是在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，但是磨頭的轉(zhuǎn)速卻很低。這與高轉(zhuǎn)速來提高光澤度的實(shí)際相矛盾。

5討論

通過實(shí)驗(yàn)我們得出磨頭的轉(zhuǎn)速與瓷磚的磨削量不成正比，隨著磨頭轉(zhuǎn)速提高，磨削效率會(huì)下降。但是能耗卻在上升。這也打破工程們認(rèn)為磨頭轉(zhuǎn)速越高，磨削效率越高的觀點(diǎn)。在粗、中拋階段520轉(zhuǎn)速的磨削效率是最高。精拋階段還有足夠的轉(zhuǎn)速提升空間。

調(diào)查結(jié)果顯示，金剛石磨塊磨頭消耗的電流很小，是碳化硅的一半左右。陶瓷廠實(shí)地調(diào)查研究結(jié)果顯示，在瓷磚生產(chǎn)線中粗拋全部都配置的是金剛石磨塊，中拋部分配置金剛石、另外一部分配置的是碳化硅磨塊。精拋配置的全部是碳化硅磨塊。粗拋階段的磨頭電機(jī)電流只是額定電流的一半，沒有發(fā)揮出應(yīng)有的效率。而中拋碳化硅磨頭卻在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。精拋階段由于磨頭能耗的限制，提速也受限制。

綜合上述調(diào)查結(jié)果分析我們得出：現(xiàn)行的瓷磚拋光線中的拋光工序中，采用了相同的配置的電機(jī)和轉(zhuǎn)速，11kW電機(jī)，轉(zhuǎn)速都是520，致使粗拋階段沒有發(fā)揮出電機(jī)的潛力，在浪費(fèi)能耗。中、精拋拋在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。精拋提速受限。會(huì)造成能耗利用的不平衡。降低拋光線的加工效率。

根據(jù)研究結(jié)論，對現(xiàn)有的瓷磚拋光線中拋光工序中磨頭電機(jī)轉(zhuǎn)速和能耗配置進(jìn)行優(yōu)化。

將粗拋和中拋中閑置的能耗重新分配給碳化硅磨頭，同時(shí)提升和優(yōu)化每個(gè)工序的轉(zhuǎn)速。

在配置金剛石磨塊的粗拋、和部分配置金剛石磨塊的中拋中，將電機(jī)更換為7.5kW額定電流15A。磨頭轉(zhuǎn)速還是520轉(zhuǎn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在粗、中拋階段，520轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的磨削效率是最高。所消耗的能耗是最少的。電流也不超負(fù)荷。在使用碳化硅磨塊的中拋階段將11kW電機(jī)更換為15kW，額定電流為30A。但是磨頭轉(zhuǎn)速還是520。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在中拋光階段轉(zhuǎn)速提升，效率反而下降，只會(huì)增加能耗。調(diào)整后的電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)而造成燒電機(jī)的現(xiàn)象。

在精拋階段，將磨頭的電機(jī)也更換為15kW，30A電流。但是轉(zhuǎn)速提升為590-610。試驗(yàn)結(jié)果顯示，磨頭轉(zhuǎn)速的提升，對磨頭能耗的影響不是很大。電流也在15kW電機(jī)的額定電流允許的范圍內(nèi)。因?yàn)槟ヮ^轉(zhuǎn)速的提高，會(huì)大幅度的提升瓷磚磨削效率，提高瓷磚光澤度。

這樣優(yōu)化可以打破能耗不平衡的現(xiàn)象，達(dá)到使用效率最高的、加工效率最高的狀態(tài)。

6結(jié)論

（1）本文通過實(shí)驗(yàn)和調(diào)查研究結(jié)果得出如下結(jié)論。磨頭轉(zhuǎn)速與磨削效率不成正比，盲目提高轉(zhuǎn)速會(huì)造成能耗的浪費(fèi)。粗、中拋?zhàn)罴艳D(zhuǎn)速為520到540之間。而精拋可以達(dá)到590-610。

（2）現(xiàn)行拋光工序最佳優(yōu)化配置是：粗拋階段和部分中拋階段電機(jī)功率7.5kW，轉(zhuǎn)速520，配置金剛石磨塊。中拋階段配置碳化硅磨塊的電機(jī)功率15kW，轉(zhuǎn)速520。精拋階段電機(jī)功率15kW，磨頭轉(zhuǎn)速590-610。

由于技術(shù)的限制，金剛石磨塊最大能夠制造240#的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，1000#金剛石磨塊將可制造出來，磨頭就可全部配置7.5kW電機(jī)。整個(gè)拋光線的能耗可下降。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許學(xué)鋒. HQ大規(guī)格通體花崗巖瓷磚：當(dāng)之無愧的國內(nèi)領(lǐng)先[J].佛山陶瓷.2017，（4）：C03-04.

[2] 陳彩如，譚建平.大規(guī)格陶瓷磚拋光過程仿真與試驗(yàn)研究[J].中國陶瓷，2008，（2）44：45-47.

[3] 朱為揚(yáng).大板平度的形成和控制[J].石材，1994，（5）：35-38.

[4] 邵俊鵬，徐斌. 沖擊-切削聯(lián)合破碎瓷磚機(jī)理與建模[J]. 振動(dòng)與沖擊. 2012，（1）：32-37.

[5] 邵俊鵬，徐斌. 多轉(zhuǎn)速拋光機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)及振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 振動(dòng)與沖擊. 2012，（4）：110-114.

[6] 邵俊鵬，徐斌. 磨粒的“后部效應(yīng)”對瓷磚破碎及振動(dòng)的影響[J]. 中國陶瓷. 2012，（6）：36-42.