瓷砖磨头磨块座配置方式的创新设计

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　　摘 要：本文改进了标准磨头磨块座的布置方式，提出了内、外伸磨头，设计新的磨块座。设计了磨削瓷砖试验，用于考察标准磨头、内伸磨头、外伸磨头的磨削加工效率。试验结果清晰的显示，内外伸磨头比普通磨头具有更高的磨削效率，加工后瓷砖具有较好的表面质量。
　　关键词：标准磨头;内伸磨头;外伸磨头;磨块座
　　1 前 言
　　在我国随着人民生活水平和审美观念的日益提高，对陶瓷制品的质量和表面的光滑度提出了更高的要求。陶瓷抛光砖适应当前的需求成为现代建筑装修工程中应用最为广泛的陶瓷制品之一。
　　随着我国建筑装饰材料（瓷砖、石材等）不断的更新和发展，瓷砖的日产量越来越大，2008年每条瓷砖生产线的日产量13000 m2，生产线的长度是145 m。2013年每条瓷砖生产线日产量达到了23000 m2，生产线的长度达到了245 m。600 mm×600 mm×10 mm规格瓷砖的进给速度也达到了30 m/min。这么快的进给速度加速了毛坯瓷砖的变形。这就要求瓷砖加工设备必须适应大产量和重载荷的要求。瓷砖加工一般要经过刮平和抛光两道工序。2008年在刮平工序中设置的滚筒磨头是16个，在抛光工序中设置的抛光磨头是32个。到了2013年，在刮平工序中设置的磨头达到了48个，抛光工序中的抛光磨头达到了60个。极大的增加了加工瓷砖的能耗。
　　一天生产1200 m2的抛光生产线和400 mm×400 mm规格抛光砖无法满足客户的需求，要求高效率地生产出大规格抛光砖，促使抛光设备的配置和性能要做相应的或者超前的提高。因此固定式横梁抛光机已经完成了它的历史性任务，只有摆动式横梁抛光机才能实现大规格砖的抛光。增加刮平滚刀的头数、增加抛光磨头的头数是抛光线发展的主题。
　　抛光线已经发展到大型化，此时，抛光设备制造商和陶瓷厂老板都在冷静思考：“大型抛光线日产量都超过了10000 m2，怎样降低电力和水的能耗，怎样减少环境污染”。抛光线的每次发展都在加大、加长，电力和水的能耗都在增加，这不符合绿色生产的方针。因此，高效节能就成为了抛光设备制造商和陶瓷厂老板的共同心愿和课题。
　　本文提出一种新型的磨块座配置形式——内伸和外伸配置方式，并设计了新型磨块座的结构。对标准磨头、内伸磨头、外伸磨头进行了对比试验，试验结果得出，外伸和内伸磨头的磨削效率高于标准磨头，而且加工后瓷砖的表面效果好于标准磨头。
　　2 提升磨头磨削效率思路
　　为了提高磨头的磨削效率，本文提出的改进方案，从两个方面入手，一是增大磨头的面积，而是增大磨头的线速度。
　　基于上述改进方案，在现有磨头，即标准磨头的基础上增大磨削面积。本文采用的方法是改进磨块座结构。可以从两个方面入手。第一个方面是以原有标准磨头为基础，以六个磨块座的标准磨头为例子。保留三个标准磨块座。这三个磨块座相互之间呈120°夹角。然后将另外三个磨块座进行改进。改进的方法是将磨块座向着磨头中心轴的方向延伸进一段距离。新改进的磨头的磨削面积就是标准磨头磨块座的磨削面积加上内伸那一段距离所增加的面积。
　　第二个方面是以原有标准磨头为基础，以六个磨块座的标准磨头为例子。保留三个标准磨块座。这三个磨块座相互之间呈120°夹角。然后将另外三个磨块座进行改进。改进的方法是将磨块座背离磨头中心轴的方向延伸出一段距离。这样新改进的磨头磨削面积是外伸磨块座的磨削面积加上标准磨头磨块座磨削面积。因为磨块座外伸，磨头的线速度也增加。
　　3 磨头磨块座配置方式设计
　　3.1 标准磨头磨块座配置
　　标准磨头磨块座配置如图1所示。
　　所谓的标准磨头是目前瓷砖抛光线正在配置的磨头，也是应用最为广泛的磨头。磨头结构左右是对称的，磨块座与装配其上的磨块的长度一致，其长度用字母L表示。磨块座的内侧边缘距离磨头中心轴线的距离为L1，如图1（a）所示。沿着磨头圆周均匀布置着六个磨块座，如图1（b），六个磨块的结构呈L形，如图1（c）所示。
　　3.2 内伸磨头磨块座配置
　　基于前述的设计理念，内伸磨头磨块座改进配置如图2所示。
　　改进后的内伸磨头外貌如图2（a）所示，磨头的左右磨块座不再是對称配置。磨头还是沿着圆周的方向均匀的布置六个磨块，如图2（b）所示。磨块座1、3、5为三个标准磨头磨块座，其配置形式如同标准磨头一样，磨块座的长度为L，距离磨头中心轴线的距离为L1。磨块座2、4、6为新设计的内伸磨块座。内伸磨块座结构如图2（c）所示。为了实现磨块座的内伸，将标准磨头磨块座的底板移动一段距离，使竖板与横板在横板的外部边缘部位平齐。改进后的磨块座安装后，底板就会向着磨头中心轴线的方向移动一段距离。
　　而且磨块座的长度比标准磨块座要短一些，是为了防止磨块座在摆动时与中间的螺栓有干涉，如图2（a）（b）。但是磨头配置的标准磨块座和内伸磨块座配置的磨块长度都一样，长度都为L。内伸磨块座安装上磨块之后，高度高于磨头底部螺栓，磨块不会与磨头产生摆动干涉。内伸磨块座装配磨块之后，磨块内部边缘距离磨头中心轴线的距离为L2，而且L2小于L1。
　　3.3 外伸磨头磨块座配置
　　基于前述的设计理念，外伸磨头磨块座改进配置如图3所示。
　　改进后的外伸磨头外貌如图3（a）所示，磨头的左右磨块座不再是对称配置。磨头还是沿着圆周的方向均匀的布置六个磨块，如图3（b）所示。磨块座2、4、6为三个标准磨头磨块座，其配置形式如同标准磨头一样，磨块座的长度为L，距离磨头中心轴线的距离为L1。磨块座1、3、5为新设计的外伸磨块座。外伸磨块座结构如图3（c）所示，为了实现磨块座的外伸，将标准磨头的磨块座中间竖板移动到底部横板的中间位置。外伸磨块座的结构为T形。这样设计的磨块座安装到磨头上，磨块座就会向外移动一段距离，如图3（a）（b）。但是磨头配置的标准磨块座和外伸磨块座配置的磨块长度都一样的，长度都为L。外伸磨块座装配之后，磨块内部边缘距离磨头中心轴线的距离为L3，而且L3大于L1。对比标准磨头、内伸磨头、外伸磨头，三个磨头磨块座装配的磨块的长度都是一样的，但是L3大于L1大于L2。 　　4 试 验
　　4.1 试验过程参数
　　为了验证改进后的磨头磨削效率，对标准磨头、内伸磨头、外伸磨头进行对比试验。
　　图1、2、3中标准、内伸、外伸磨頭中的参数取值如表1所示。试验磨头实物如图4所示。磨头磨块配置如图5所示。
　　试验瓷砖的规格为800 mm×800 mm×10 mm，试验瓷砖一共54块。试验按照表2参数进行。试验磨块为碳化硅磨块。一共108块。试验所用的瓷砖为刮平后的瓷砖。 试验一共进行3组，标准磨头按照表1参数进行第一组试验。标准磨头试验结束后，内伸磨头再按照表2参数进行第二组试验。内伸磨头试验结束后，外伸磨头再按照表2参数进行第三组试验。
　　4.2 试验过程
　　试验过程如图6所示。
　　在试验之前先将所有的试验瓷砖进行称重并编号记录。三块瓷砖编为一组进行试验。将三块放置在传送带上，两边各放一块瓷砖进行定位。如图6所示。瓷砖1、5为定位瓷砖，瓷砖2、3、4为试验瓷砖。定位瓷砖作用是为了让试验瓷砖在试验过程中发生移动。在试验过程中，传送带驱动瓷砖进行往复运动，分别由行程开关1、2来进行控制。左右移动的范围不会超越瓷砖2、4的边界。按照表2参数进行试验后，将瓷砖2、3、4取下。取瓷砖3所在位置的瓷砖作为样品，进行风干并称重记录。然后更换另外一组瓷砖重复上述试验过程。试验结束后，按照瓷砖取样编号计算取样瓷砖磨削前后重量差。试验结果如表3、4所示。
　　5 试验结果与分析
　　瓷砖抛光过程中一共分为个三个工序：粗抛工序、中抛工序、精抛工序。粗抛工序中的磨头配置46号磨块;中抛光工序配置240号磨块;精抛工序配置800号磨块。
　　表3为三种磨头在0.2 MPa的压力下，分别配置三种磨块磨削瓷砖，瓷砖被磨掉的重量。
　　表3显示，在粗抛过程中，外伸磨头的磨削效率是最高，相对于标准磨头来说，磨削效率提高了47.8%。内伸磨头比标准磨头略低一点，几乎相等。在中抛和精抛阶段，外伸磨头比其它两种磨头磨削略高一点，但是差别甚微。
　　表4显示，在粗抛过程中，外伸磨头的磨削效率最高，相对于标准磨头来说，磨削效率提高了12.5%;内伸磨头的磨削效率降低了16.6%。在中抛阶段内伸磨头的磨削效率提高了4.7%，精抛阶段内伸磨头的磨削效率提高了50%。在中、精抛阶段内伸磨头的磨削效率最高。
　　图7是三种磨头的磨削瓷砖的面积。图7上瓷砖的磨削面积是磨头摆动磨削以后形成的形貌。图7显示，外伸磨头的磨削面积最大，内伸次之，标准磨头的磨削面积是最小的。但是内伸磨头的磨削面积与标准磨头的磨削面积相差比较小。
　　6 讨 论
　　试验结果研究得出：外伸磨头磨削瓷砖的面积不仅大而且磨削效率比标准磨头提高47.8%（粗抛阶段），内伸磨头磨削瓷砖面积虽然与标准磨头的相差不多，但是磨削效率比标准磨头提高了50%。改进后的磨头的磨削效率比改进前的高。
　　从实验结果我们也得出：内伸、外伸磨头并不是在所有的加工工序中都能提高效率。外伸磨头在粗、中抛工序中能够提升磨削效率，但是中抛工序中能提升的效率很小，仅能提升4.7%，而粗抛中能够提升47.8%。
　　内伸磨头在中、精抛工序中才能够提升磨削效率，在精抛工序中提升得最多。根据试验结果，结合瓷砖抛光工序的工况，我们对改进后的磨头配置进行合理安排，让其发挥出最大的优势。在粗抛工序中，使用外伸磨头而且给磨头施加低压力。不仅提高了磨削效率而且增大磨削面积，提高了瓷砖磨削的均匀性。如图8所示。
　　从图8看出，外伸磨头磨削面积大，只要稍微摆动就能够覆盖瓷砖表面。磨削的均匀性比较好。
　　在中抛工序中采用内伸磨头。内伸磨头与标准磨头的磨削面积和磨削均匀性虽然相差不是很大，但是磨削效率比标准磨头有所提高。
　　在精抛工序采用外伸磨头。精抛阶段的主要目的是提高瓷砖表面的平整度、均匀性、光泽度，而不是磨削量。因此外伸磨头磨削面积大，磨削均匀比较切合实际。研究结果表明：改进后的磨头不仅磨削面积大、磨削均匀性好，而且磨削效率高。
　　7 结 论
　　通过本文的研究得出如下结论：
　　（1）改进后的磨头不仅磨削面积大、磨削均匀性好而且磨削效率高。
　　（2）外伸磨头适合于粗、精抛加工、内伸磨头适合中抛加工。
　　（3）试验结果验证改进磨头是可行的。
　　参考文献
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