淺談高強(qiáng)度人造無(wú)機(jī)石英石加工存在的問(wèn)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(chǔ)量有限、開(kāi)采成本越來(lái)越高以及考慮開(kāi)采過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響，天然石材的開(kāi)采受到政府嚴(yán)格限制。而隨著科學(xué)技術(shù)日逾的發(fā)展，各種新型人造石材品種越來(lái)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(diǎn)，是現(xiàn)代建筑天然石材的理想代替品。而我司開(kāi)發(fā)的新型無(wú)機(jī)人造石英石，以其具備高強(qiáng)度、綠色環(huán)保、無(wú)毒無(wú)輻射、耐磨、耐火、耐久性等特性更是未來(lái)人造石的發(fā)展方向。

新型無(wú)機(jī)人造石英石石材也正是因自有材料的特性，造成了其高強(qiáng)硬度，普通人造石英石石材其質(zhì)地堅(jiān)硬（莫氏硬度5-7）、結(jié)構(gòu)致密（密度2.3g/cm3），而我司開(kāi)發(fā)的新型無(wú)機(jī)人造石英石石材硬度可達(dá)莫氏7。也正因此，該新型無(wú)機(jī)人造石英石石材非常難以加工，并且在加工過(guò)程中容易出現(xiàn)以下問(wèn)題：

（1）粗磨過(guò)程中劇烈的摩擦產(chǎn)生電火花，如圖1所示。

圖1 粗磨過(guò)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(yīng)力和變形、磨具表面燒蝕、磨料大面積脫落凹陷等情況問(wèn)題的出現(xiàn)，如圖2所示，造成磨削進(jìn)尺不理想、煙霧大等不良現(xiàn)象。

（2）由于該新型無(wú)機(jī)石英石石板材的高強(qiáng)硬度所以對(duì)其進(jìn)行加工時(shí)，必需選擇相應(yīng)強(qiáng)度的磨料方能對(duì)其進(jìn)行有效磨削，但也正因此容易在加工過(guò)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(wú)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(jié)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(guò)程磨擦運(yùn)動(dòng)使磨具與石材接觸部位溫度上升，容易引起磨具熱學(xué)性能下降、磨具軟化變形等，原本粗糙激烈的磨削動(dòng)作變成了平滑研磨，從而引起磨削量下降。

針對(duì)在加工該款新型人造無(wú)機(jī)石英石石材存在上述的這些問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際的加工應(yīng)用試驗(yàn)及調(diào)試，可通過(guò)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(duì)這種高強(qiáng)度無(wú)機(jī)人造石英石石材進(jìn)行有效磨削的核心，磨料的硬度和耐熱性決定著對(duì)石材進(jìn)行加工后的有效磨削量。因此當(dāng)磨料的硬度、耐熱性達(dá)不到要求時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)磨削過(guò)程產(chǎn)生電火花、磨料燒蝕、凹陷等現(xiàn)象從而造成磨削進(jìn)尺不理想。

磨料在磨削過(guò)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(shí)候比較容易切入石材，磨阻力較小，對(duì)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(guó)存儲(chǔ)豐富、價(jià)格便宜。菱苦土磨具具有低價(jià)格且磨削時(shí)發(fā)熱量小，不易烘?zhèn)ぜ凿J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(yīng)，形成具有一定機(jī)構(gòu)強(qiáng)度，能固結(jié)物體能力的結(jié)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(hào)磨具。

（2）粒度：對(duì)粒度的取舍取決于加工物體表面的加工精度以及對(duì)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(xì)磨、精磨、精拋加工階段則需要細(xì)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(yīng)選用較粗的磨粒。因?yàn)槟チ４帧饪状蟆⒛ハ魃疃容^大，選用以粒度為24#、36#的金剛石磨料的磨塊進(jìn)行搭配，在較好的磨削量以及表面質(zhì)量的前提下，同時(shí)可調(diào)高粗磨階段進(jìn)板速度進(jìn)而提高磨削效率。通過(guò)采用上述型號(hào)磨塊的配置，當(dāng)進(jìn)板線(xiàn)速度在0.8～1.1m/min的情況下，可取得單個(gè)磨頭約0.4mm的削磨量。但對(duì)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(xì)磨、精磨、精拋階段，對(duì)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(jìn)行搭配，在磨拋進(jìn)板線(xiàn)速度：1.0～1.3m/min的情況下，石材表面的光澤度>45，對(duì)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(jié)果。

（3）磨削量：由于磨拋系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)為“機(jī)床—磨頭—工件系統(tǒng)”的組合，在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中的彈性退讓也是加工過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，這是因?yàn)槟ハ骷庸r(shí)徑向力偏大，造成各個(gè)磨頭實(shí)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(fù)載超量，磨頭電機(jī)電流超負(fù)載從而引發(fā)磨頭卡死現(xiàn)象。所以磨頭的削磨量設(shè)置必須根據(jù)加工石材的特性進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，各個(gè)磨頭的磨削值宜采用離散式設(shè)置，不均勻負(fù)載，在整體的磨削效果中起到至關(guān)重要的作用。

表1 金剛石和有關(guān)物質(zhì)的硬度值[1]

（4）壓力：在合適的階段，適當(dāng)?shù)募訅海欣诩哟髮?duì)石材的有效磨削量并提高光澤度，但在不恰當(dāng)?shù)碾A段加大壓力有時(shí)反而不起做作還會(huì)引起副作用。作為石材表面加工處理的過(guò)程大概分為：粗磨、細(xì)磨、精磨、精拋四個(gè)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(jìn)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(jìn)行后續(xù)細(xì)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(dāng)在處理加工石材背面時(shí)由于其對(duì)表面要求不高，可以在粗磨階段加壓進(jìn)行磨削，反而在加工石材正面時(shí)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(xì)顆粒磨料，如果在該階段加壓磨拋，對(duì)處理前期工序中留下來(lái)的深磨痕、波浪紋也不起作為。所以在各個(gè)磨拋階段也需根據(jù)石材的特性，添加合當(dāng)?shù)膲毫Γ瑢?duì)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(jī)縱向進(jìn)板線(xiàn)速度、磨頭橫向擺動(dòng)速度對(duì)磨削、拋光效果影響很大。隨著縱向進(jìn)板線(xiàn)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(shí)提高磨頭橫向的擺動(dòng)速度以降低縱向進(jìn)板線(xiàn)速度提高后所帶來(lái)的負(fù)面影響。但磨頭橫向的擺動(dòng)速度提高后所帶來(lái)的效應(yīng)有一定的極限性，只能處理進(jìn)板線(xiàn)速度在一定范圍內(nèi)變化所帶來(lái)的影響。然而如果縱向進(jìn)板線(xiàn)速度、磨頭橫向擺動(dòng)速度過(guò)低則會(huì)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(duì)磨、拋機(jī)縱向進(jìn)板線(xiàn)速度、磨頭橫向擺動(dòng)速度調(diào)到一個(gè)合適區(qū)間。

經(jīng)過(guò)以上多方面的優(yōu)化，對(duì)于該款新型人造無(wú)機(jī)石英石石材的加工在磨削量、光澤度、磨拋效率、延長(zhǎng)磨具的壽命并提高經(jīng)濟(jì)效益方面效果明顯。同時(shí)對(duì)于同行業(yè)高強(qiáng)度人造石英石的加工、工藝的選擇提供更科學(xué)的依據(jù)，促進(jìn)企業(yè)與行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。