大規格陶瓷板均勻性磨削機理研究

徐斌 周祖兵

摘 要：針對大規格陶瓷板磨削均勻性差，加工效率低的現狀，本文提出大規格陶瓷板均勻性磨削機理及實現方法，采用均勻性磨削區域平移到非均勻性磨削區域，提高大規格陶瓷板板面均勻性。并通過仿真驗證了所提大規格均勻磨削理論的正確性。研究結果還得出磨頭并排磨削不僅提高均勻性還提高加工效率。

關健詞：大規格陶瓷板；均勻磨削；非均勻性磨削；磨頭

1 前言

近兩年，陶瓷大板，是意大利博洛尼亞CERSAIE展會最吸引眼球的產品。博洛尼亞展之后，國內瓷磚行業、設計界的專家無一例外都將陶瓷大板列為瓷磚行業第一國際流行趨勢。據業內資深人士透露，截止2016年底，國內已有18條大板生產線投產[1]，2017年在國內市場推廣大板正當其時。金牌陶瓷、亞細亞集團等知名陶企相繼推出1200×2400 mm、1600×3200 mm等大規格產品。

目前加工大規格陶瓷板的技術比較成熟，在表面拋光的深加工階段，采用將現有瓷磚拋光機寬度加大的方式進行[2-3]。在拋光工藝方面則繼續沿用傳統擺動式拋光工藝。在繼承這種加工工藝優勢的同時，也顯現出無法滿足大規格陶瓷板表面加工的要求。一是大規格陶瓷表面磨削均勻性無法滿足；二是加工效率低。

本文在前人研究的基礎上，分析了現有擺動式瓷磚拋光機磨削瓷磚表面均勻性規律，提出大規格陶瓷板磨削均勻性機理及其實現方法。通過對大規格陶瓷板表面磨削均勻性仿真，驗證了本文所提出大規格陶瓷板磨削均勻性機理及實現方法的正確性。本文研究結果對研究大規格陶瓷板加工工藝和技術提供理論指導，為設備創新提供理論依據。

2 現有擺動式瓷磚拋光機磨頭磨削均勻性分析

圖1為擺動式拋光磨頭對瓷磚拋光過程圖，瓷磚在皮帶的驅動下不斷地向前進給，磨頭在橫梁的驅動下作橫向擺動。在圖1中，磨頭從極限位置A橫向移動到極限位置B，就會覆蓋整個瓷磚的表面。磨頭橫向擺動的幅度為H，磨頭通常會超出瓷磚的邊界約100 mm，該值是按照磨頭直徑550 mm計算。

為了分析現有擺動式拋光磨頭磨削表面的均勻性，如圖2所示，以800 × 800 mm瓷磚為例，采用磨削直徑550 mm的磨頭，磨塊的長度170 mm，磨塊伸出瓷磚邊緣的長度為100 mm。磨頭擺動的幅度為450 mm。磨頭擺動時，瓷磚靜止不進給，考察磨頭從一個極限Ⅰ擺動到另外一個極限Ⅱ，磨頭在瓷磚表面的磨削均勻性。

仿真方法和過程如下：將瓷磚的縱橫向各等分10份，瓷磚表面被分成為100個小格子。同時磨頭擺動幅度分為10等份。磨頭沿著磨頭幅度的等份點，依次按照箭頭方向向前移動，磨頭會從瓷磚表面所分的每個分格的邊緣處開始，依次經過整個分格。然后計算出磨頭經過該分格所覆蓋該分格的次數。每覆蓋一次，就在分格里放置一個圓圈。每個分格里面的圓圈數，就是磨頭經過該分格的覆蓋次數。其仿真結果如圖3所示。

通過圖3的仿真結果看出，瓷磚中間的磨削次數多于兩邊，瓷磚中間磨削相對均勻一些。瓷磚磨削的次數從邊緣Ⅰ開始逐漸增加，到瓷磚中部時磨削次數最多，而且相對穩定。經過瓷磚中部以后，磨削次數下降，到瓷磚另外一個邊緣Ⅱ最少。也就是說，瓷磚中部是磨的多，是過磨的，兩邊磨的少。為了應對這種磨削均勻性的現象，目前瓷磚廠從窯爐出來的瓷磚都是龜背的，兩邊低中間高。最后，瓷磚就會被磨平。如果從窯爐出來的瓷磚是平整的，瓷磚被磨削之后，就會出現凹心。

通過圖3的仿真結果本文總結出現有擺動式瓷磚拋光機磨削瓷磚的均勻性曲線，如圖4所示。瓷磚擺動磨削之后，瓷磚表面會呈現中間磨削均勻，兩邊磨削不均勻的規律。

隨著瓷磚規格的加大，瓷磚邊緣部位不均勻性區域1、區域3就會加大。瓷磚進給速度加快就會出現漏拋。目前大規格陶瓷板都是采用擺動式拋光方法加工的，都會出現普通瓷磚的磨削均勻性規律。為了使陶瓷大板磨削的平整一些，并且減少漏拋，陶瓷大板的進給速度只有3 ～ 6 m/min。

3 大規格陶瓷板均勻性磨削機理

針對大規格陶瓷板磨削均勻性差，加工效率低的現狀，提出大規格陶瓷板均勻性磨削理論。該理論如下：磨頭只要擺動磨削，大規格陶瓷板表面磨削均勻性，就會產生圖4中所示的磨削均勻性規律曲線。為了消除邊緣部位磨削的不均勻性，將中間磨削均勻性部位移動到非均勻性區域，從而實現整面的均勻性磨削。

具體的步驟如下：

如圖5所示，圖中虛線顯示的是磨頭在大規格陶瓷板寬度方向上擺動磨削后，磨削均勻性規律曲線。分為三個區域：區域1為非均勻性區域；區域2為均勻性區域；區域3為非均勻性區域。圖5（a）將均勻性磨削區域向左移動到區域1，磨削規律曲線中均勻段左移到區域1的上方，圖中實線顯示部分。圖5（b）將均勻性磨削區域向右移動到區域2，磨削規律曲線中均勻段右移到區域2的上方，圖中實線顯示部分。圖5（c）是磨削均勻曲線左右移動之后，磨削非均勻區域在陶瓷大板的中間部位疊加。也就是兩個磨削非均勻區域的磨削次數在陶瓷大板的中間部位疊加。這時陶瓷大板中間部位的磨削次數就會增加，與邊緣均勻磨削區域的磨削次數相差無幾。圖5（d）是經過均勻性磨削區域左右移動、中間部位非均勻性區域疊加之后，陶瓷大板表面的磨削均勻性。表面的磨削均勻性區域覆蓋絕大部分板面，在板面的邊緣處也會有非均勻性區域，因為大板邊緣預留的邊緣余量很大，最后會做切邊處理，邊緣非均勻性區域就會減小或者沒有，最終實現板面的整體磨削均勻。

4 大規格陶瓷板均勻性磨削實現方法

根據上述大規格陶瓷板均勻性磨削理論，其具體的實現方法如下：

大規格陶瓷板從中間分為左右兩個部分，有兩個磨頭1、2各加工板面的左邊和右邊。兩個磨頭并排放置，同時擺動，如圖6所示。擺動的幅度都是H1。

如圖7所示。磨頭1加工板面的左邊部分，磨頭1的擺動幅度很小。前面分析得知，磨頭只要擺動磨削，就會產生如圖4所示的規律。因此，磨頭1在板面左邊磨削產生三個區域，非均勻區域（1）、（2），均勻區域（3）。均勻性區域（3），就會在板面左邊的中間部位。圖7由兩個圖組成，上面是俯視圖，下面是其主視圖。而板面左邊的中間部位，是普通擺動磨削非均勻性區域的所在。

圖8所示，磨頭2加工板面的右邊部分，其磨削規律同磨頭1、磨頭2在板面右邊磨削產生三個區域，非均勻區域（4）、（6），均勻區域（5）。均勻性區域（5），就會在板面右邊的中間部位。

磨頭1、2擺動加工之后，陶瓷大板板面中間部位是磨頭1非均勻性區域（2）、磨頭2非均勻性區域（4）的疊加。磨頭移動到邊緣位置時，磨削的次數會減少，但是兩次磨削次數的疊加，會大幅度提高陶瓷大板板面中間部分的磨削次數。提高了其磨削的均勻性。如圖9所示。磨削均勻區域（7）是磨頭1非均勻性區域（2）、磨頭2非均勻性區域（4）的疊加。最終實現板面的整體性磨削均勻，如圖10所示。

圖10所示，板面絕大部分是磨削均勻的，唯獨邊緣部位還有少許的非均勻性區域，因為本文仿真沒有在邊緣部位作停留。而在實際加工過程中，磨頭擺動到邊緣部位時，會作短暫的停留。板面邊緣部位的磨削次數會增加。因此，板面最終會實現整體性磨削均勻。

5 大規格陶瓷板均勻性磨削實例仿真

為了驗證大規格陶瓷板均勻性磨削理論和實現方法的正確性，采用仿真的方法進行。采用1200×3000 mm規格的陶瓷大板，兩個磨頭直徑都是550 mm，磨頭加工到邊緣位置時，磨頭超出邊緣部位100 mm。兩個磨頭的間距590 mm，擺動幅度260 mm，陶瓷大板的進給速度12 m/min，磨頭的擺動頻率10次/分鐘。

仿真原理圖如圖11、12所示。

仿真方法和過程如下：將瓷磚的橫向等分10份，縱向按照橫向等分的距離，依次等分邊長，陶瓷大板表面被分成為大小相等的小格子。同時磨頭擺動幅度分為10等份。磨頭沿著磨頭幅度的等份點，依次按照箭頭方向向前移動，磨頭會從瓷磚表面所分的每個分格的邊緣處開始，依次經過整個分格。然后計算出磨頭經過該分格所覆蓋該分格的次數。

仿真結果如圖13所示。

圖13顯示，在磨頭正常磨削大板的中間階段，整個大板表面的磨削均勻，邊緣處各有一小格的距離磨削次數少于中間。這個部位的將來會采用切邊，和磨頭邊緣停留的方式，將邊緣部位磨削均勻。

從仿真結果看，采用本文提出的磨削均勻性理論和實現方法，大規格的陶瓷大板表面可實現磨削均勻性面積達到98%的程度，能夠有效的提高大板瓷磚的表面均勻性磨削。仿真結果得出本文提出的大規格陶瓷板均勻性磨削理論和實現方法是正確的。

寬度為1200 mm大板，采用兩個磨頭并排拋光。每個磨頭的拋光的面積相當于規格為600 mm的瓷磚。在進給速度上，可以達到規格為600 mm的瓷磚效率。因此，大規格陶瓷板均勻性磨削機理和實現方法，不僅能提高板面磨削的均勻性，同時提高加工效率。

6 結論

（1） 磨頭擺動磨削瓷磚表面，會在瓷磚表面產生三個區域：兩側非均勻性磨削區域，中間磨削均勻性區域。

（2） 提出大規格陶瓷板均勻性磨削理論及實現方法，采用均勻性磨削區域平移到非均勻性磨削區域，能夠提高大規格陶瓷板板面磨削均勻性。

（3） 大規格陶瓷板板面仿真實驗結果驗證了大規格陶瓷板均勻性磨削理論及實現方法的正確性。采用雙磨頭并排磨削大板表面不僅提高磨削均勻性，而且提高加工效率。

參考文獻

[1] 許學鋒. HQ大規格通體花崗巖瓷磚：當之無愧的國內領先[J]. 佛山陶瓷， 2017， 27（4）.

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

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