荔枝面瓷砖加工工艺的创新设计

摘 要：在荔枝面不仅有较好的防滑效果而且有粗狂、朴实的美感。具有荔枝面效果的石材被广泛的用于建筑装饰场合。本文提出一种荔枝面瓷砖磨头，设计了其结构，分析了其工作原理。并设计了综合性试验用于观测荔枝面的加工效果。试验结果得出，荔枝面的成形机理是冲击破碎，不用于普通的切削原理。荔枝面瓷砖具有石材相同的表面效果。荔枝面可以广泛的代替石材。

关键词：磨头;冲击破碎; 荔枝面石材;荔枝面瓷砖

1 前 言

陶瓷砖和石材用于酒店、写字楼、办公室和家庭的地板和墙壁最常用的装饰材料[1-3]。如今，荔枝面石材因为有不同颜色的粗糙表面作为装饰材料比一般的瓷砖更受欢迎。荔枝面石材不是天然石材而是被机械加工过的石材。所谓的荔枝面石材加工过程由以下几个步骤组成。在第一阶段，采用粗糙磨粒（通常是金刚石）用于平整石材表面，去除多余的材料。一些机械加工方法用于这个步骤是剁，火烧，水射流等。平整和光滑的石材表面通过这些加工方法加工便成为粗糙的石材表面。被加工过的石材表面被破碎坑覆盖。在石材表面上的破碎坑像荔枝果实粗糙的表面。我们称它为荔枝面石材。荔枝面不仅有较好的防滑效果而且有粗狂、朴实的美感。

抛光瓷砖硬度和光泽度远远超越自然石材，领导着生产市场的增长。但是建筑师希望能够应用适当而又朴素的防滑瓷砖：他们知道建筑业主希望保留他们的美感而且还能很容易的防滑。像荔枝面石材一样，防滑瓷砖必须经过冲击破碎加工。冲击破碎加工方法是用来获得荔枝面石材最常用的方法之一。目前厚砖是非常流行，厚度达到30-50毫米。并且烧制而成，具有高硬度、高耐磨、高脆性。大部分瓷砖通过磨削和抛光达到最终的产品。但是我们必须通过冲击破碎机制获得荔枝面瓷砖。在大多数情况下，工程们认为瓷砖的磨削机制不同于荔枝面石材的冲击破碎机制。如果采用冲击破碎的方法加工瓷砖，瓷砖就会很容易产生破碎和低的产品质量。过去前人的研究活动中，大多关注于抛光瓷砖，很少关心荔枝面瓷砖。为我们研究荔枝面瓷砖留下一个重要的机遇。

本文提出了一种新型的荔枝面磨头并对他的加工机理做了分析。荔枝面磨头试验被设计用于观察荔枝面的表面效果。试验结果显示荔枝面磨头能加工平整瓷砖为荔枝面瓷砖，并且比荔枝面石材更节省能耗。

2荔枝面瓷砖磨头的创新设计

本论文提出的荔枝面瓷砖磨头结构很简单，在一个磨头上安装多个（二、三、四）磨轮。进行加工时磨轮在各自自转的同时，围绕着磨头中心轴公转。从而实现了对瓷砖表面进行自转并公转加工。

2.1磨头连接装置

磨头的连接装置分为上下两个部分，连接装置的上下部分由六个固定螺栓连接，在底板和固定板之间有弹簧，弹簧套在固定螺栓上。这样设计结构的目的是使磨轮在垂直于磨头轴线的方向处于自由状态。其自由状态的范围被控制在弹簧的弹性允许的范围内。上半部分由连接柱和底板组成，连接柱与电机连接在一起。下半部分由固定板组成。支撑座均匀的固定在固定板上。

2.2磨轮装置

磨轮装置由支撑座、磨轮组成，磨轮通过滚筒轴固定在支撑座上。磨轮由滚筒和硬质合金刀具组成。硬质合金刀具是圆锥形的，均匀的布置在滚筒的表面上。每个滚筒沿着圆周安装20或30排硬质合金刀具。每排刀具一共有3个或4个硬质合金刀具。

2.3荔枝面磨头的工作原理

电机通过连接柱驱动底板旋转，底板通过六个固定螺栓将旋转动力传递给固定板和磨轮，驱动着磨轮工作，同时磨轮在摩擦的作用下，进行自转（图1、2）。

安装在滚筒上的硬质合金的刀具，沿着滚筒圆周以一定的速度转动着接触瓷砖表面（图3（a）），对瓷砖表面形成一种冲击或撞击力。当这种冲击或者撞击的动量足以克服被处理瓷砖表面的强度时，瓷砖表面被冲击破碎，被冲击或撞击的瓷砖体被清除并形成一个冲击破碎坑（图3（b））。滚筒上的硬质合金刀具在磨头公转行走的驱动下，而不断地交替进行冲击破碎瓷砖表面（图3（c））。当这种冲击或撞击力的动量不足以克服瓷砖表面的强度时，硬质合金刀具被反弹，这种反弹被控制于底板与固定板之间的弹簧的弹性范围内。

3试验

3.1试验过程参数

为了验证荔枝面瓷砖磨头的加工效果，对本文所设计的荔枝面瓷砖磨头进行试验。试验设备和磨头如图4所示。本次试验采用皮带传动的荔枝面机，试验磨头配置4组磨轮。试验设备的参数设置表1所示。试验按照表1的参数设置进行，磨头的压力设置为0.2MPa。

3.2试验瓷砖和石材

试验瓷砖为毛坯转，未经过机械加工。试验所用瓷砖的数量是20块。试验瓷砖的规格是600mm×600mm×10mm，试验石材的规格是1500mm×2000mm×300mm，石材类型是花岗岩，而且表面是经过机械磨平的石材表面。试验石材的数量是1块。

3.3试验过程

按照表1参数调整机器，首先将单片瓷砖放置在传动带。磨头在摆动的过程中，先让磨头摆出瓷砖边缘，观察瓷砖破碎情况。然后根据试验结果调整磨头的摆动范围，再次进行单片瓷砖试验。接着将两片瓷砖并排放置传送带上，进行加工。最后按照瓷砖加工参数加工石材观察和对比试验效果。

试验结果如图5，6，7，8所示。

4试验结果与分析

4.1单片瓷砖表面破碎形貌

从图5（a）看出，瓷砖表面的烧结层已经被去除，整个表面覆盖着密密麻麻的冲击破碎坑。中间的冲击破碎密集，周边的破碎稀疏。

（b）图是（a）图中A处的放大图，该处是磨头破碎瓷砖表面的稀疏处。表面加工刻痕由一系列的冲击破碎坑组成。冲击坑呈“V”形。由此看出，荔枝面瓷砖表面成形是磨粒冲击破碎的结果[4～6]。瓷砖表面由冲击坑和残留瓷砖脊组成。不是独立存在而是相互连接，连接处的坑壁崩碎。

（c）图是（a）图中B处的放大图，瓷砖脊已经被破碎呈孤島。粗刮残留轨迹变浅。冲击坑比较浅，坑壁呈剥落破碎特征。瓷砖表面变的粗糙、平整、均匀。

磨头的硬质合金刀具为什么不能超越到瓷砖边缘呢？在试验过程中，磨头的磨轮超越了瓷砖的边缘会造成瓷砖的破碎，如图6所示。

4.2多片瓷砖表面破碎形貌

从图上看出，瓷砖的破碎时粉碎性的破碎。这是因为磨头的磨轮超越了瓷砖的边缘，造成磨轮的悬空，将瓷砖打碎。因此，在后续的试验中，磨头都不会超越瓷砖的边缘。

图7（a）是瓷砖两片瓷砖并排放置在传送带上，并依次进给。相邻瓷砖接缝处的瓷砖像加工正常瓷砖表面一样被冲击加工。

如图7（b），瓷砖的边缘处的瓷砖也能够被加工而且不会造成瓷砖的粉碎性的破碎，但是边缘处会产生一切崩边的现象，如图7（c）所示。这些被崩碎的边，在后期会被磨掉。瓷砖的边缘会保持一个平整的状态。

通过实验结果我们发现：瓷砖并排能够正常的加工，为瓷砖冲击破碎的连续加工提供了保障，极大的提高了生产效率。瓷砖加工表面比较均匀和平整。达到了荔枝面的效果。

5讨论

从试验研究结果（图2）可以总结出荔枝面瓷砖表面的形成过程是这样的：

通过对不同工序瓷砖表面形貌的观察，我们的研究结果与以往文献上所观察到的瓷砖成过程有所不同。荔枝面瓷砖的表面成形并不是简单的磨削成形。荔枝面瓷砖的表面形成机理是冲击破碎。瓷砖的进给过程是连续的，皮带使瓷砖通过第一个磨头，表面的烧结层被冲击去除。在加工之后，瓷砖表面的破碎坑和瓷砖脊被残留，因此加工后的瓷砖表面是不均匀的。瓷砖表面覆盖着很深的冲击坑，两个坑之间有很宽的瓷砖脊背。

随着加工工序的进行，进入到第二个磨头，则能被加工到的瓷砖表面积增加。瓷砖表面的冲击破碎坑由点及线及面的相互铺展开来，形成了荔枝面。我们比较了荔枝面瓷砖和荔枝面石材实验结果，比较结果如下：

我们的研究结果清晰的显示，荔枝面的表面效果与石材相比是一样的。但是荔枝面的瓷砖厚度仅有荔枝面石材厚度的1/20。荔枝面瓷砖与荔枝面石材具有相同荔枝面特性，同时具有单位面积重量轻、微弯曲、阻燃、抗污染、施工方便等优点，建筑装饰行业可以在任何环境下解决表面装饰问题，可用于室内、室外的表面装饰。

建筑石材产业是典型的高能耗、高资源消耗、高环境污染产业。然而，如此大的产出所消耗的资源和能源也是巨大的。我们的研究结果显示，荔枝面瓷砖可以代替荔枝面石材。在这篇文章中，荔枝面的加工加工被创新，荔枝面瓷砖能够减少原材料和产品能耗，同在保持与石材相同功能和特性的前提下，重量被减轻了。具有较好的经济效益和社会效益。

6结论

本研究的主要成果是：

（1）本文創新的加工工艺能将毛坯瓷砖加工成荔枝面瓷砖。

（2）荔枝面瓷砖加工机理是冲击破碎，这种加工方式不同于普通陶瓷的磨削加工。试验结果显示冲击加工不仅能够去除瓷砖体而且有低的破碎率。这种加工方式对瓷砖表面材料去除的研究，提供理论依据。

研究结果对瓷砖表面成形的研究具有重要的意义，本文的研究也为后续的研究提供了一个基础。

（3）磨头的横向摆动范围在瓷砖的边缘之内，就可以保证连续高效的加工。

（4）试验结果显示荔枝面瓷砖可以有效的代替石材，而且比石材更节能。具有广阔的市场前景和社会经济效益。

参考文献

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