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石材加工中的磨轮磨削工艺
2022-07-11
摘要
本文是通过实验的方法研究花岗石磨抛工艺,分析磨轮磨损的原因和影响光泽度的因素,探讨磨轮在花岗石磨削过程中的半径补偿,以指导实际生产,提高生产效率和加工精度。
通过实验可以得到以下结论:磨轮的磨损主要取决于石材的硬度和石材去除量,石材硬度愈高,磨轮寿命愈短;去除量愈大,磨轮磨损愈大。树脂型磨轮磨抛花岗石,磨轮半径每米要补偿0.01-0.02mm。光泽度与磨粒的粒度和主轴转速有关,磨粒的粒度越小,转速愈高,光泽度愈高。
前言
随着装修业的不断发展,对石材制品的形状和尺寸要求越来越高。大量的数控和自动化加工设备进入石材加工业,装饰用石材的加工工艺一般分为: 下料-成型-粗磨-细磨-精磨
其中,细磨和精磨是制约石材加工效率和加工精度的主要因素,也是影响数控机床在石材加工业普及的主要原因。因此,研究磨削工艺具有十分重要的意义。 已有很多资料介绍有关花岗石磨削机理的研究,很少关于实际生产中磨削工艺的研究。 本文在实验研究的基础上,通过磨轮尺寸和所加工石材光洁度的变化,分析磨轮磨损的原因、影响光泽度的因素,以确定花岗石磨削工艺。使用两种不同粒度但相同尺寸和形状(如图1)的异型树脂磨轮,加工两种不同硬度的花岗石,在一定的加工工艺下,通过测量磨轮尺寸的变化和石材光泽度,分析影响磨轮磨损和光泽度的因素,得到了磨轮在花岗石磨削过程中的半径补偿值,以提高石材磨削的效率和精度,促进数控设备在石材加工行业中的应用。
实验过程
实验过程 实验用石材为济南青(橄榄辉长岩)和齐鲁红(二长花岗岩),其矿物质含量及其硬度如表1。 两种花岗石的厚度都是20mm,幅面尺寸均为1000mm×800mm(图2)。实验是在意大利CMS公司生产的石材加工中心(型号:SPEED3)上进行的。所用磨轮为菱苦土作粘合剂,SiC为磨料,但粒度不同的两个磨轮T1和T2。其形状如图1,具体参数如表2。
用WGG60-S(C)光泽度计测量所加工石材的光泽度,用外径千分尺测磨轮直径的变化。在切削加工中,切深(ae=0.1mm)和每转进给(fr=0.1mm/r)保持不变,改变主轴转速(3000r/min—8000r/min)(每次变化1000r/min),因此,其进给速度也相应地发生变化。具体工艺方案如表3。
实验结果与讨论
实验结果与讨论 实验过程中,每一种工艺组合完成15m的磨削长度,也就是针对每一种工艺组合,都要加工15次,每次切深皆为0.1mm。即图3、图4中的坐标值都是完成相同切削体积的情况下得到的。磨轮直径的变化是磨削15次的累积磨损量,光泽度则是15次测量结果的平均值。
图3给出了磨轮直径的磨损与转速的关系,从图中可以看出,T1、T2加工齐鲁红比加工济南青磨损大,这说明磨轮的磨损与磨粒的大小无关,而与所加工石材的材质即石材的硬度有关。
加工的石材愈硬,磨轮磨损愈大。磨轮的磨损与转速关系不大,而与材料的去除量成正比。由图3可计算出每磨削1米石材,磨轮直径的磨损量,以作数控加工过程中磨轮半径补偿之用。
前五组工艺参数磨轮直径的累积变化量为△D: 切割济南青时:△D1=1.8mm 切割齐鲁红时:△D2=3mm
切割济南青时磨轮每米半径磨损：R1=△D1/(15×5×2)=1.8/(15×5×2)=0.012(mm/m) 切割齐鲁红时磨轮每米半径磨损△R2=△D2/(15×5×2)=3/(15×5×2)=0.02(mm/m）
因此为了保证加工精度,数控机床磨削较软的花岗石(如济南青)时,每磨削一米半径补偿0.012mm,磨削较硬的花岗石(如齐鲁红)时,每磨削一米半径补偿0.02mm。
图4磨轮转速对加工表面光泽度的影响,从图中可以看出,光泽度与磨粒的粒度和磨轮转速有关,而与石材的硬度关系不大。由于T2的磨粒较细,其加工的光泽度要比T1加工的高。转速愈高,刀具的线速度愈高,因此,光泽度愈高。
由图3、图4还可以看出,在高速状态下,磨轮的磨损加剧,光泽度降低。这主要是因为,转速愈高,由于磨轮和主轴系统的不平衡产生的离心力愈大。在磨削过程中,产生的振动愈大,磨轮磨损增大,光泽度降低。造成花岗石具有不同磨削切除机制的主要原因是其矿物质的成分。
花岗石的主要成分是石英、长石和辉石,石英和辉石硬度较高,具有脆塑性,其切除机制以断裂为主,磨削切除这类矿物质要求磨轮磨粒较粗,粘结剂强度较高,以便使磨粒具有足够的强度和抗冲击能力。
辉石硬度较低,其磨削切除机制为塑性变形和切削。要求磨轮具有较细磨粒,粘结剂强度较低,以便磨钝的磨粒及时脱落,保持磨轮的锋利。粗磨和半精磨时,应使用较粗磨粒的磨轮,加工工艺采用较大的切深(ae)和较大的进给,以提高切削效率。精磨时,应使用较细磨粒的磨轮,采用较高主轴转速加工工艺,以提高光泽度。
结论
通过用两种不同粒度磨轮磨削不同硬度的花岗石实验,可以得到以下结论:磨轮的磨损主要取决于石材的硬度和石材去除量,石材硬度愈高,磨轮寿命愈短;去除量愈大,磨轮磨损愈大。
树脂型磨轮磨抛花岗石,磨轮半径每米要补偿0.01-0.02mm,石材硬度愈高,补偿愈大。光泽度与磨粒的粒度和主轴转速有关,磨粒的粒度越小,转速愈高,光泽度愈高。但转速超过一定值时,磨轮磨损加快,光泽度下降。
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