浅谈高强度人造无机石英石加工存在的问题及解决方法

林杨高

（广东原创新材料科技有限公司，广东广州510000）

石材是在现代建筑施工工艺中常用到大量的建筑材料，但因天然原材料存储量有限、开采成本越来越高以及考虑开采过程对环境的影响，天然石材的开采受到政府严格限制。而随着科学技术日逾的发展，各种新型人造石材品种越来越丰富，人造石因其具有色彩艳丽、光洁度高、颜色均匀一致、抗压耐磨、韧性好等特点，是现代建筑天然石材的理想代替品。而我司开发的新型无机人造石英石，以其具备高强度、绿色环保、无毒无辐射、耐磨、耐火、耐久性等特性更是未来人造石的发展方向。

新型无机人造石英石石材也正是因自有材料的特性，造成了其高强硬度，普通人造石英石石材其质地坚硬（莫氏硬度5-7）、结构致密（密度2.3g/cm3），而我司开发的新型无机人造石英石石材硬度可达莫氏7。也正因此，该新型无机人造石英石石材非常难以加工，并且在加工过程中容易出现以下问题：

（1）粗磨过程中剧烈的摩擦产生电火花，如图1所示。

图1 粗磨过程产生大量电火花

使磨削区的温度逐渐变高因而产生磨料应力和变形、磨具表面烧蚀、磨料大面积脱落凹陷等情况问题的出现，如图2所示，造成磨削进尺不理想、烟雾大等不良现象。

（2）由于该新型无机石英石石板材的高强硬度所以对其进行加工时，必需选择相应强度的磨料方能对其进行有效磨削，但也正因此容易在加工过程中在石材表面产生深磨痕、波浪纹等现象，造成后续工序无法完全处理的弊端，如图3所示。

图2 磨具表面烧蚀、磨料大面种脱落凹陷

图3 石材表面的深磨痕、波浪纹

（3）磨料与其他金属粘合剂所形成的烧结体磨具，其整体硬度、耐热性直接影响了磨具最终的磨削能力。由于磨削过程磨擦运动使磨具与石材接触部位温度上升，容易引起磨具热学性能下降、磨具软化变形等，原本粗糙激烈的磨削动作变成了平滑研磨，从而引起磨削量下降。

针对在加工该款新型人造无机石英石石材存在上述的这些问题，结合实际的加工应用试验及调试，可通过以下几方面入手优化：

（1）磨料：所谓工欲善其事，必先利其器。磨料是确定其能否对这种高强度无机人造石英石石材进行有效磨削的核心，磨料的硬度和耐热性决定着对石材进行加工后的有效磨削量。因此当磨料的硬度、耐热性达不到要求时，就会出现磨削过程产生电火花、磨料烧蚀、凹陷等现象从而造成磨削进尺不理想。

磨料在磨削过程中起到切削的作用，在粗磨阶段，采用金刚石磨料的磨块比采用刚玉磨料的磨块效果更好，金刚石磨粒的硬度要比刚玉的磨粒硬度高一些，在磨削的时候比较容易切入石材，磨阻力较小，对石材的磨削量更大，磨具也更耐用。

而在精磨、精抛阶段，采用菱苦土磨块，菱苦土原材料我国存储丰富、价格便宜。菱苦土磨具具有低价格且磨削时发热量小，不易烘伤工件，自锐性能好，磨削效率高，加工表面光洁度高。菱苦土磨具是利用活性菱苦土（MgO）和氯化镁（MgCl2·6H2O）水溶液发生水化反应，形成具有一定机构强度，能固结物体能力的结合剂，XMg（OH）2·YMgCl2·ZH2O晶体硬化物[2]，根据需要加入不同的磨料和添加剂，从而制成各种型号磨具。

（2）粒度：对粒度的取舍取决于加工物体表面的加工精度以及对生产效率的要求，在粗磨阶段采用粗粒度磨具加工或者中等粒度磨具加工，在细磨、精磨、精抛加工阶段则需要细粒度磨具。例如在粗磨阶段，磨削余量大，要求的表面粗糙度值较大，应选用较粗的磨粒。因为磨粒粗、气孔大、磨削深度较大，选用以粒度为24#、36#的金刚石磨料的磨块进行搭配，在较好的磨削量以及表面质量的前提下，同时可调高粗磨阶段进板速度进而提高磨削效率。通过采用上述型号磨块的配置，当进板线速度在0.8～1.1m/min的情况下，可取得单个磨头约0.4mm的削磨量。但对于粗粒度<24#的金刚石磨块要慎重选择，否则，在石材表面所留下的深磨痕在后续的加工工序中就难以加工处理好。

在细磨、精磨、精抛阶段，对于石材磨削余量较小，要求粗糙度值较低，所以选用粒度为46#、60#、80#、100#的金刚石磨块与 粒 度 为60#、80#、100#、120#、180#、240#、320#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1800#、2500#、5000#的菱苦土磨块进行搭配，在磨抛进板线速度：1.0～1.3m/min的情况下，石材表面的光泽度>45，对于提高整体磨抛速度以及石材表面的光泽度取的较好的结果。

（3）磨削量：由于磨抛系统整体结构为“机床—磨头—工件系统”的组合，在实际运作过程中的弹性退让也是加工过程中容易出现的问题，这是因为磨削加工时径向力偏大，造成各个磨头实际的切深度小于名义的切深，由此磨头的磨削剩余量向后累积，容易引起磨头磨削量负载超量，磨头电机电流超负载从而引发磨头卡死现象。所以磨头的削磨量设置必须根据加工石材的特性进行相应的调整，各个磨头的磨削值宜采用离散式设置，不均匀负载，在整体的磨削效果中起到至关重要的作用。

表1 金刚石和有关物质的硬度值[1]

（4）压力：在合适的阶段，适当的加压，有利于加大对石材的有效磨削量并提高光泽度，但在不恰当的阶段加大压力有时反而不起做作还会引起副作用。作为石材表面加工处理的过程大概分为：粗磨、细磨、精磨、精抛四个阶段，在粗磨阶段磨具一般都采用粗颗粒磨料，如果在该阶段给予加大压力进行磨削，可提高一定的削磨量，但也留下更多的深磨痕，如还需进行后续细磨、精磨、精抛再加工的，都难以完全处理掉前面工序所留下的磨痕。所以，当在处理加工石材背面时由于其对表面要求不高，可以在粗磨阶段加压进行磨削，反而在加工石材正面时就不宜加压处理。另在精磨、抛光阶段主要是让石材表面起光，磨具都采用细颗粒磨料，如果在该阶段加压磨抛，对处理前期工序中留下来的深磨痕、波浪纹也不起作为。所以在各个磨抛阶段也需根据石材的特性，添加合当的压力，对于处理深磨痕、波浪纹有利，并且可提高光泽度。

（5）速度：磨、抛机纵向进板线速度、磨头横向摆动速度对磨削、抛光效果影响很大。随着纵向进板线速度的提高，磨阻力增大，石材表面深磨痕增多、磨削量下降、光泽度下降，所以需同时提高磨头横向的摆动速度以降低纵向进板线速度提高后所带来的负面影响。但磨头横向的摆动速度提高后所带来的效应有一定的极限性，只能处理进板线速度在一定范围内变化所带来的影响。然而如果纵向进板线速度、磨头横向摆动速度过低则会加快磨料磨损和降低生产效率。所以必须根据所要加工的石材特性，对磨、抛机纵向进板线速度、磨头横向摆动速度调到一个合适区间。

经过以上多方面的优化，对于该款新型人造无机石英石石材的加工在磨削量、光泽度、磨抛效率、延长磨具的寿命并提高经济效益方面效果明显。同时对于同行业高强度人造石英石的加工、工艺的选择提供更科学的依据，促进企业与行业的高质量发展。