摘 要：在荔枝面不僅有較好的防滑效果而且有粗狂、樸實(shí)的美感。具有荔枝面效果的石材被廣泛的用于建筑裝飾場(chǎng)合。本文提出一種荔枝面瓷磚磨頭，設(shè)計(jì)了其結(jié)構(gòu)，分析了其工作原理。并設(shè)計(jì)了綜合性試驗(yàn)用于觀測(cè)荔枝面的加工效果。試驗(yàn)結(jié)果得出，荔枝面的成形機(jī)理是沖擊破碎，不用于普通的切削原理。荔枝面瓷磚具有石材相同的表面效果。荔枝面可以廣泛的代替石材。

關(guān)鍵詞：磨頭;沖擊破碎; 荔枝面石材;荔枝面瓷磚

1 前 言

陶瓷磚和石材用于酒店、寫字樓、辦公室和家庭的地板和墻壁最常用的裝飾材料[1-3]。如今，荔枝面石材因?yàn)橛胁煌伾拇植诒砻孀鳛檠b飾材料比一般的瓷磚更受歡迎。荔枝面石材不是天然石材而是被機(jī)械加工過的石材。所謂的荔枝面石材加工過程由以下幾個(gè)步驟組成。在第一階段，采用粗糙磨粒（通常是金剛石）用于平整石材表面，去除多余的材料。一些機(jī)械加工方法用于這個(gè)步驟是剁，火燒，水射流等。平整和光滑的石材表面通過這些加工方法加工便成為粗糙的石材表面。被加工過的石材表面被破碎坑覆蓋。在石材表面上的破碎坑像荔枝果實(shí)粗糙的表面。我們稱它為荔枝面石材。荔枝面不僅有較好的防滑效果而且有粗狂、樸實(shí)的美感。

拋光瓷磚硬度和光澤度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越自然石材，領(lǐng)導(dǎo)著生產(chǎn)市場(chǎng)的增長(zhǎng)。但是建筑師希望能夠應(yīng)用適當(dāng)而又樸素的防滑瓷磚：他們知道建筑業(yè)主希望保留他們的美感而且還能很容易的防滑。像荔枝面石材一樣，防滑瓷磚必須經(jīng)過沖擊破碎加工。沖擊破碎加工方法是用來獲得荔枝面石材最常用的方法之一。目前厚磚是非常流行，厚度達(dá)到30-50毫米。并且燒制而成，具有高硬度、高耐磨、高脆性。大部分瓷磚通過磨削和拋光達(dá)到最終的產(chǎn)品。但是我們必須通過沖擊破碎機(jī)制獲得荔枝面瓷磚。在大多數(shù)情況下，工程們認(rèn)為瓷磚的磨削機(jī)制不同于荔枝面石材的沖擊破碎機(jī)制。如果采用沖擊破碎的方法加工瓷磚，瓷磚就會(huì)很容易產(chǎn)生破碎和低的產(chǎn)品質(zhì)量。過去前人的研究活動(dòng)中，大多關(guān)注于拋光瓷磚，很少關(guān)心荔枝面瓷磚。為我們研究荔枝面瓷磚留下一個(gè)重要的機(jī)遇。

本文提出了一種新型的荔枝面磨頭并對(duì)他的加工機(jī)理做了分析。荔枝面磨頭試驗(yàn)被設(shè)計(jì)用于觀察荔枝面的表面效果。試驗(yàn)結(jié)果顯示荔枝面磨頭能加工平整瓷磚為荔枝面瓷磚，并且比荔枝面石材更節(jié)省能耗。

2荔枝面瓷磚磨頭的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

本論文提出的荔枝面瓷磚磨頭結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，在一個(gè)磨頭上安裝多個(gè)（二、三、四）磨輪。進(jìn)行加工時(shí)磨輪在各自自轉(zhuǎn)的同時(shí)，圍繞著磨頭中心軸公轉(zhuǎn)。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓷磚表面進(jìn)行自轉(zhuǎn)并公轉(zhuǎn)加工。

2.1磨頭連接裝置

磨頭的連接裝置分為上下兩個(gè)部分，連接裝置的上下部分由六個(gè)固定螺栓連接，在底板和固定板之間有彈簧，彈簧套在固定螺栓上。這樣設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的目的是使磨輪在垂直于磨頭軸線的方向處于自由狀態(tài)。其自由狀態(tài)的范圍被控制在彈簧的彈性允許的范圍內(nèi)。上半部分由連接柱和底板組成，連接柱與電機(jī)連接在一起。下半部分由固定板組成。支撐座均勻的固定在固定板上。

2.2磨輪裝置

磨輪裝置由支撐座、磨輪組成，磨輪通過滾筒軸固定在支撐座上。磨輪由滾筒和硬質(zhì)合金刀具組成。硬質(zhì)合金刀具是圓錐形的，均勻的布置在滾筒的表面上。每個(gè)滾筒沿著圓周安裝20或30排硬質(zhì)合金刀具。每排刀具一共有3個(gè)或4個(gè)硬質(zhì)合金刀具。

2.3荔枝面磨頭的工作原理

電機(jī)通過連接柱驅(qū)動(dòng)底板旋轉(zhuǎn)，底板通過六個(gè)固定螺栓將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給固定板和磨輪，驅(qū)動(dòng)著磨輪工作，同時(shí)磨輪在摩擦的作用下，進(jìn)行自轉(zhuǎn)（圖1、2）。

安裝在滾筒上的硬質(zhì)合金的刀具，沿著滾筒圓周以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)著接觸瓷磚表面（圖3（a）），對(duì)瓷磚表面形成一種沖擊或撞擊力。當(dāng)這種沖擊或者撞擊的動(dòng)量足以克服被處理瓷磚表面的強(qiáng)度時(shí)，瓷磚表面被沖擊破碎，被沖擊或撞擊的瓷磚體被清除并形成一個(gè)沖擊破碎坑（圖3（b））。滾筒上的硬質(zhì)合金刀具在磨頭公轉(zhuǎn)行走的驅(qū)動(dòng)下，而不斷地交替進(jìn)行沖擊破碎瓷磚表面（圖3（c））。當(dāng)這種沖擊或撞擊力的動(dòng)量不足以克服瓷磚表面的強(qiáng)度時(shí)，硬質(zhì)合金刀具被反彈，這種反彈被控制于底板與固定板之間的彈簧的彈性范圍內(nèi)。

3試驗(yàn)

3.1試驗(yàn)過程參數(shù)

為了驗(yàn)證荔枝面瓷磚磨頭的加工效果，對(duì)本文所設(shè)計(jì)的荔枝面瓷磚磨頭進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備和磨頭如圖4所示。本次試驗(yàn)采用皮帶傳動(dòng)的荔枝面機(jī)，試驗(yàn)?zāi)ヮ^配置4組磨輪。試驗(yàn)設(shè)備的參數(shù)設(shè)置表1所示。試驗(yàn)按照表1的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行，磨頭的壓力設(shè)置為0.2MPa。

3.2試驗(yàn)瓷磚和石材

試驗(yàn)瓷磚為毛坯轉(zhuǎn)，未經(jīng)過機(jī)械加工。試驗(yàn)所用瓷磚的數(shù)量是20塊。試驗(yàn)瓷磚的規(guī)格是600mm×600mm×10mm，試驗(yàn)石材的規(guī)格是1500mm×2000mm×300mm，石材類型是花崗巖，而且表面是經(jīng)過機(jī)械磨平的石材表面。試驗(yàn)石材的數(shù)量是1塊。

3.3試驗(yàn)過程

按照表1參數(shù)調(diào)整機(jī)器，首先將單片瓷磚放置在傳動(dòng)帶。磨頭在擺動(dòng)的過程中，先讓磨頭擺出瓷磚邊緣，觀察瓷磚破碎情況。然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整磨頭的擺動(dòng)范圍，再次進(jìn)行單片瓷磚試驗(yàn)。接著將兩片瓷磚并排放置傳送帶上，進(jìn)行加工。最后按照瓷磚加工參數(shù)加工石材觀察和對(duì)比試驗(yàn)效果。

試驗(yàn)結(jié)果如圖5，6，7，8所示。

4試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1單片瓷磚表面破碎形貌

從圖5（a）看出，瓷磚表面的燒結(jié)層已經(jīng)被去除，整個(gè)表面覆蓋著密密麻麻的沖擊破碎坑。中間的沖擊破碎密集，周邊的破碎稀疏。

（b）圖是（a）圖中A處的放大圖，該處是磨頭破碎瓷磚表面的稀疏處。表面加工刻痕由一系列的沖擊破碎坑組成。沖擊坑呈“V”形。由此看出，荔枝面瓷磚表面成形是磨粒沖擊破碎的結(jié)果[4～6]。瓷磚表面由沖擊坑和殘留瓷磚脊組成。不是獨(dú)立存在而是相互連接，連接處的坑壁崩碎。

（c）圖是（a）圖中B處的放大圖，瓷磚脊已經(jīng)被破碎呈孤島。粗刮殘留軌跡變淺。沖擊坑比較淺，坑壁呈剝落破碎特征。瓷磚表面變的粗糙、平整、均勻。

磨頭的硬質(zhì)合金刀具為什么不能超越到瓷磚邊緣呢？在試驗(yàn)過程中，磨頭的磨輪超越了瓷磚的邊緣會(huì)造成瓷磚的破碎，如圖6所示。

4.2多片瓷磚表面破碎形貌

從圖上看出，瓷磚的破碎時(shí)粉碎性的破碎。這是因?yàn)槟ヮ^的磨輪超越了瓷磚的邊緣，造成磨輪的懸空，將瓷磚打碎。因此，在后續(xù)的試驗(yàn)中，磨頭都不會(huì)超越瓷磚的邊緣。

圖7（a）是瓷磚兩片瓷磚并排放置在傳送帶上，并依次進(jìn)給。相鄰瓷磚接縫處的瓷磚像加工正常瓷磚表面一樣被沖擊加工。

如圖7（b），瓷磚的邊緣處的瓷磚也能夠被加工而且不會(huì)造成瓷磚的粉碎性的破碎，但是邊緣處會(huì)產(chǎn)生一切崩邊的現(xiàn)象，如圖7（c）所示。這些被崩碎的邊，在后期會(huì)被磨掉。瓷磚的邊緣會(huì)保持一個(gè)平整的狀態(tài)。

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)：瓷磚并排能夠正常的加工，為瓷磚沖擊破碎的連續(xù)加工提供了保障，極大的提高了生產(chǎn)效率。瓷磚加工表面比較均勻和平整。達(dá)到了荔枝面的效果。

5討論

從試驗(yàn)研究結(jié)果（圖2）可以總結(jié)出荔枝面瓷磚表面的形成過程是這樣的：

通過對(duì)不同工序瓷磚表面形貌的觀察，我們的研究結(jié)果與以往文獻(xiàn)上所觀察到的瓷磚成過程有所不同。荔枝面瓷磚的表面成形并不是簡(jiǎn)單的磨削成形。荔枝面瓷磚的表面形成機(jī)理是沖擊破碎。瓷磚的進(jìn)給過程是連續(xù)的，皮帶使瓷磚通過第一個(gè)磨頭，表面的燒結(jié)層被沖擊去除。在加工之后，瓷磚表面的破碎坑和瓷磚脊被殘留，因此加工后的瓷磚表面是不均勻的。瓷磚表面覆蓋著很深的沖擊坑，兩個(gè)坑之間有很寬的瓷磚脊背。

隨著加工工序的進(jìn)行，進(jìn)入到第二個(gè)磨頭，則能被加工到的瓷磚表面積增加。瓷磚表面的沖擊破碎坑由點(diǎn)及線及面的相互鋪展開來，形成了荔枝面。我們比較了荔枝面瓷磚和荔枝面石材實(shí)驗(yàn)結(jié)果，比較結(jié)果如下：

我們的研究結(jié)果清晰的顯示，荔枝面的表面效果與石材相比是一樣的。但是荔枝面的瓷磚厚度僅有荔枝面石材厚度的1/20。荔枝面瓷磚與荔枝面石材具有相同荔枝面特性，同時(shí)具有單位面積重量輕、微彎曲、阻燃、抗污染、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，建筑裝飾行業(yè)可以在任何環(huán)境下解決表面裝飾問題，可用于室內(nèi)、室外的表面裝飾。

建筑石材產(chǎn)業(yè)是典型的高能耗、高資源消耗、高環(huán)境污染產(chǎn)業(yè)。然而，如此大的產(chǎn)出所消耗的資源和能源也是巨大的。我們的研究結(jié)果顯示，荔枝面瓷磚可以代替荔枝面石材。在這篇文章中，荔枝面的加工加工被創(chuàng)新，荔枝面瓷磚能夠減少原材料和產(chǎn)品能耗，同在保持與石材相同功能和特性的前提下，重量被減輕了。具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

6結(jié)論

本研究的主要成果是：

（1）本文創(chuàng)新的加工工藝能將毛坯瓷磚加工成荔枝面瓷磚。

（2）荔枝面瓷磚加工機(jī)理是沖擊破碎，這種加工方式不同于普通陶瓷的磨削加工。試驗(yàn)結(jié)果顯示沖擊加工不僅能夠去除瓷磚體而且有低的破碎率。這種加工方式對(duì)瓷磚表面材料去除的研究，提供理論依據(jù)。

研究結(jié)果對(duì)瓷磚表面成形的研究具有重要的意義，本文的研究也為后續(xù)的研究提供了一個(gè)基礎(chǔ)。

（3）磨頭的橫向擺動(dòng)范圍在瓷磚的邊緣之內(nèi)，就可以保證連續(xù)高效的加工。

（4）試驗(yàn)結(jié)果顯示荔枝面瓷磚可以有效的代替石材，而且比石材更節(jié)能。具有廣闊的市場(chǎng)前景和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 許學(xué)鋒. HQ大規(guī)格通體花崗巖瓷磚：當(dāng)之無愧的國(guó)內(nèi)領(lǐng)先[J].佛山陶瓷.2017，（4）：C03-04.

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

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

[4] 邵俊鵬，徐斌. 沖擊-切削聯(lián)合破碎瓷磚機(jī)理與建模[J]. 振動(dòng)與沖擊. 2012，（1）：32-37.

[5] 邵俊鵬，徐斌. 多轉(zhuǎn)速拋光機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)及振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 振動(dòng)與沖擊. 2012，（4）：110-114.

[6] 邵俊鵬，徐斌. 磨粒的“后部效應(yīng)”對(duì)瓷磚破碎及振動(dòng)的影響[J]. 中國(guó)陶瓷. 2012，（6）：36-42.