微晶玻璃板材拋光工藝探討

摘 要：本文分析了微晶玻璃板材的特性及其拋光工藝，得出影響拋光工藝參數的主要因素是壓力、時間、速度和磨具。通過實例說明微晶玻璃拋光線的配置及參數對拋光工藝的影響，并進行討論。

關鍵詞：微晶玻璃；板材；拋光工藝；加工成本

1 引 言

微晶玻璃板材是一種由適當的玻璃顆粒經燒結與晶化制成的微晶體和玻璃的混合體，亦稱為玻璃陶瓷。它具備了玻璃、陶瓷和晶體的共同優點，具有很高的機械強度、表面硬度、優良的化學穩定性和熱穩定性。其質地堅硬、密實均勻，無放射性污染，是一種新型的環保材料。 微晶玻璃板材對拋光工藝有著更高的要求，本文從其工藝特性入手，分析工藝參數對加工以及經濟特性的影響，并通過實例計算來說明工藝參數的配置。

2 微晶玻璃板材的特性

（1） 高強度、高硬度

微晶玻璃板材比重為2.65~2.7，莫氏硬度為6.5~7.0，抗彎強度達到40～50MPa，抗壓強度為500MPa。硬度大于石材，強度是石材的2倍以上。微晶玻璃的結構致密、均勻，比天然石材更堅硬、更耐磨。

（2） 光澤度高

微晶玻璃板材毛坯經拋光后，表面光澤度達95°以上，遠遠大于瓷質拋光磚和石材。

（3） 化學穩定性好

微晶玻璃板材的耐酸堿性能優異。在大氣污染嚴重、酸雨頻繁的地區，即使暴露于風雨及被污染的環境中也不易變質損壞。

（4） 不吸水、耐污染、免維護

微晶玻璃層完全致密，吸水率為零。微晶玻璃幾乎不與空氣發生反應，可以歷久彌新。

3 微晶玻璃板材的拋光工藝

3.1微晶玻璃板材拋光工藝的特殊性

微晶玻璃板材拋光工藝與瓷質磚拋光工藝相比有很大不同。在普通瓷質磚拋光工藝中，瓷磚先經過磨邊倒角和刮平定厚處理，使每片瓷磚的周邊尺寸、厚度、平整度基本一致，減少拋光階段的磨削量，提高生產效率和降低運行成本。

微晶玻璃板材質地堅硬、脆性大，不適宜采用滾筒式刮平定厚，否則容易引起微晶玻璃層碎裂，并且在拋光階段難以消除刮削刀痕。目前，微晶玻璃板材的拋光基本采用直接拋光工藝，也就是在拋光加工前，表面未作任何預處理。因此，粗拋階段的磨削量很大，這是微晶玻璃板材拋光特性之一。

由于微晶玻璃層完全致密，不吸水，拋光時必須對磨削區進行充分冷卻。

3．2 微晶玻璃板材拋光工藝要求

（1） 對拋光磨頭的要求

微晶玻璃板坯毛面平整度較差，為了使拋光能適應不平整的毛面，通常采用直徑較小的磨頭，并且要求磨頭有良好的浮動性能和排屑性能。

（2） 對磨具的要求

在粗拋階段，為了能快速磨平表面，對磨具的磨削效率要求較高，因此要求磨粒有較好的鋒利度，同時磨具要有較好的自銳性。

在中拋階段，要求磨料粒度有較好的一致性，否則拋光表面會產生較深的磨痕，精拋時也難以消除。

在精拋階段，則要求磨具有較好的研磨性能，以消除磨痕，達到鏡面效果。并且要有一定的仿形性，以使拋光效果均勻一致。

（3） 對冷卻的要求

微晶玻璃層導熱性差、不吸水，磨削過程中產生的大量熱量不能由工件本體傳出，磨削區溫度過高對磨粒和結合劑有較大影響。所以要求單個磨削區域面積不宜過大，否則冷卻水難以進入磨削部位；并且要求冷卻水量充足，保證冷卻和排渣效果。

（4） 對工作參數的要求

工作參數對拋光效率和拋光效果有重要作用。影響拋光的參數有壓力、時間、速度、磨具等。表面材料去除的數學模型是 Preston方程，表達式見式（1）。

R=kpvt （1）

式中：

R——材料去除量；

k——與工件材料、工藝參數等有關的系數，稱為Preston系數；

p——磨具對工件表面的壓力；

v——工件與磨具的相對運動速度；

t——拋光時間。

從式（1）中可以看出，增大磨頭的工作壓力可以提高磨削效率。所以粗拋階段工作壓力要比精拋階段大一些，以磨頭不出現振動為原則，否則拋光表面會形成較深的振紋，影響拋光效果。

增大磨頭轉速也可以提高磨削效率，但是磨頭的轉速通常根據所使用磨具的最佳磨削速度而設計為一個定值，不可調節。

拋光時間的調節。一般情況下，拋光磨頭的磨削直徑比微晶玻璃板材的外形尺寸要小，安裝磨頭的橫梁需要作往復擺動才能磨削到整個板面。為了使整個拋光表面效果均勻一致，需要調節橫梁擺動頻率和輸送皮帶的速度，使拋光表面每個部位的磨削時間基本相同。這一調節較為重要，調節不好容易出現漏拋、劃痕、光澤度不均勻等缺陷。

4 拋光加工的經濟性

單件微晶玻璃板材生產成本可用式（2）表示：

總成本=加工成本+工藝成本+材料成本（2）

其中：

加工成本——對坯體進行拋光、磨邊等板坯精加工相關的費用；

工藝成本——成形、燒成等制成板坯相關的費用；

材料成本——與原材料制備相關的費用。

實際上，成本的組成依賴“成品率”。成品率是指生產達到成品或可供使用工件總數所占的比例。每個工序的成品率都會影響總成本，尤其是拋光磨邊這一加工工序的成品率，會對包括材料、制坯、燒成、加工在內的整個生產流程的成本產生影響。這種影響可表示為式（3），加工成本可表示為式（4）：

加工一個工件所消耗的時間稱為周期時間。設備費、勞力費、管理費與周期時間有關。周期時間越短，設備費、勞力費、管理費越低，因此，周期時間直接影響加工成本。

板坯平整度、磨削效率直接影響周期時間?？刂瓢迮鞯臒蛇^程、提高板坯表面的平整度，減小拋光磨削量；同時采用更高效的磨削工藝來提高拋光效率，以此來縮短周期時間。

實際上，周期時間與加工成品率是相互依賴，又相互制約的。通過加大磨頭工作壓力來提高磨削效率、縮短周期時間，但加大磨頭工作壓力會影響到成品率。在實際生產中可以綜合調整和優化各個運行參數，使成品率達到最高，而周期時間達到最短。

5 微晶玻璃板材拋光工藝實例及討論

5．1微晶玻璃板材拋光工藝實例分析

以某陶瓷廠的微晶玻璃復合板拋光生產線為例，說明微晶玻璃拋光線的配置及參數。

產品規格：800mm×800mm，微晶層厚度約2mm。

生產線設備配置：PJ1000/16→PJ1000/20→PJ1000/20→QB1000/4→Z1000/3.5→QB1000/4→BS1000/14→ Z1000/3.5→BS1000/14。

設備流程表示為：進板線架→16頭微晶拋光機→中間線架→20頭微晶拋光機→中間線架→20頭微晶拋光機→中間線架→8頭雙邊切邊機→3.5m轉向線架→8頭雙邊切邊機→中間線架→14頭雙邊磨邊機→3.5m轉向線架→14頭雙邊磨邊機→出板線架。

拋光磨頭配置為：粗拋階段6個行星磨頭；中拋和精拋階段42個擺腳式磨頭；上光階段8個上光磨盤。

拋光磨塊配置為：粗拋使用樹脂結合金剛石磨輪；中拋和精拋使用T1L140菱苦土碳化硅磨塊；上光使用金剛石軟拋片。

工作參數調節為：皮帶輸送速度3.5m/min；粗拋磨頭工作壓力0.1～0.2MPa；中拋和精拋磨頭工作壓力0.2～0.3MPa；上光磨盤工作壓力0.2Mpa。加工產品表面光澤度在85°以上，日產量達3500m2。

5．2微晶玻璃板材拋光工藝討論

通體微晶玻璃板與微晶玻璃復合板的成形和燒成工藝不同，板坯表面平整度差異較大。一般情況下，通體微晶玻璃板外形尺寸較大，表面平整度差值較大，因此粗拋磨頭數量配置要多一些，通常磨頭配比為，粗拋:中拋:精拋:上光=3:2:2:2。粗拋、中拋、精拋、上光均可采用擺腳式磨頭。在磨塊配置方面，粗拋、中拋、精拋、上光均可采用菱苦土碳化硅磨塊。但實驗證明，粗拋、中拋、精拋采用菱苦土碳化硅磨塊，上光采用樹脂結合金剛石彈性磨塊，這樣配置磨塊使表面澤度更均勻。通體微晶玻璃板拋光磨削量較大，產量較低。

微晶玻璃復合板是采用特殊工藝，在陶瓷基板表面上覆蓋一層微晶玻璃，其平整度較好，粗拋階段通?？梢耘渲媒饎偸K。為了使每件板坯的拋光效果一致，在拋光前應作平整度檢測，將超差過大的板坯剔除出去。磨頭配比為，粗拋:中拋:精拋:上光=1:4:3:1。粗拋采用行星磨頭，中拋、精拋采用擺腳式磨頭，上光采用磨盤。在磨塊配置方面，粗拋采用樹脂金剛石磨輪，中拋、精拋采用菱苦土碳化硅磨塊，上光采用金剛石軟磨片。為了提高粗拋磨輪的耐用度，可采用金屬結合金剛石磨輪。上光階段同樣可以采用擺腳式磨頭，配用樹脂結合金剛石彈性磨塊。這樣的配置可以提高產量。微晶玻璃復合板拋光磨削量較小，產量較高，有較好的經濟性。通常，微晶玻璃陶瓷復合板比高檔天然石材的價格低35%～50%左右。

6 結 語

在微晶玻璃拋光加工過程中，針對其硬度高、致密性高、板坯表面平整度差等特點，采用不同的拋光磨頭和磨具配置，綜合調整各種工作參數，以達到高質量、較高產量、高成品率的目的，以使加工成本控制在適宜范圍內。

參考文獻

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