专利名称：一种脆性材料表面磨削加工方法
技术领域：
本发明涉及一种脆性材料表面磨削加工方法。更具体地说，本发明涉及一种能提高石材、玻化砖磨削效率的加工方法。
背景技术：
在石材的表面磨削加工中，使用砂轮进行磨削是主要加工方法。这种方法的缺点是磨削效率低，磨削砂轮容易堵塞导致砂轮磨损快，磨削成本相对较高。砂带磨削是涂附磨具磨削的一种形式，具有加工面积大、加工效率高、“冷态”磨削、磨削精度高、磨削成本低等特点，是一种高效经济的精密加工工艺和抛光方法。实验研究表明，砂带磨削石材、陶瓷、玻化砖等脆性材料加工时，切除率高，磨削力和磨削功率小，工件加工表面损伤小，磨削温度低。
公开报道表明砂带磨削目前主要用于对大理石、花岗石等建筑板件进行边角等表面的辅助加工。中国专利2167813A涉及了一种主要用于对大理石、花岗石等建筑板件进行倒角磨抛加工砂带式石材棱边磨抛机；中国专利公开号CN1204566A涉及了一种将陶瓷弧面板表面用砂带磨光的方法及所用的弧面瓷板磨光机。F1896351涉及了一种砂带抛光石材及类似材料的外圆柱的设备，这些公开报道均未提及如何使得砂带磨削获得最好的效果的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以提高石材、玻化砖等脆性材料表面磨削加工效率的方法。该方法可以提高磨削表面的切除率，同时砂带磨损较低。
本发明包括如下几个步骤(1)在脆性材料表面磨削加工中使用带有磨粒的砂带；(2)在以上磨削过程中添加磨削液；
(3)在以上磨削过程中工件相对于磨削砂带呈复合运动。
本发明采用带有磨料的砂带进行石材和玻化砖的表面加工，上述磨粒是选自金刚石或碳化硅或刚玉。我们的实验研究表明，在相同的加工条件下，金刚石砂带具有最高的切削效率和耐磨性，锆刚玉次之，碳化硅的磨削切除率最低，同时磨损最大。
本发明在砂带磨削过程中添加了磨削液，磨削液和砂带磨削特点的结合是本发明的主要特征之一，所述磨削液的主要组成为阳离子表面活性剂溶液或非离子表面活性剂溶液。
我们的实验研究表明，添加表面活性剂的磨削冷却液可明显石材、玻化砖等脆性材料表面磨削加工效率，其作用机理可表现为以下几个方面通过其物理化学作用降低石材、玻化砖等脆性材料表面表面显微硬度，减小表面张力，通过水力楔压作用加速磨削微裂纹的扩展，使石材、玻化砖等脆性材料表面更容易破碎去除，从而提高其磨削效率。
表面活性剂对岩石破碎效率的影响之一，是通过ζ电位影响固体近表面的硬度，对石材在不同种类表面活性剂溶液中的表面电位进行测定，并采用维氏硬度法测定石材在表面活性剂溶液磨削后的表面显微硬度)，结果表明当ζ电位由于浓度变化向正方向移动时显微硬度降低；阳离子表面活性剂在表面电位最大时，石材表面显微硬度最低；阴离子和非离子表面活性剂在石材表面电位绝对值最小时显微硬度最低。表面活性剂水溶液的表面张力远低于水，且随表面活性剂浓度的增加而降低，但浓度继续增加表面张力不继续降低。在石材磨削过程中，由于水的表面张力较大，而表面活性剂表面张力较小，表面活性剂对辉绿岩的润湿能力很强，具有很好的渗透能力。石材本身存在大量微裂纹，磨削过程中也产生大量裂纹。因此当表面活性剂溶液渗透到微裂纹中时，由于水力楔压的作用，辉绿岩表面的裂纹快速扩展，使其更容易破碎去除。此时石材表面破碎程度大，磨削效率高，同时砂带磨削后表面粗糙度大。
我们的实验研究还表明，使用表面活性剂溶液进行磨削过程中并无明显的新生物质生成，但添加表面活性剂溶液磨削后，石材表面状态发生变化，可能是磨削过程中表面裂纹增加引起的。测量晶粒尺寸的变化，其结果表明表面活性剂溶液磨削后的晶粒尺寸明显减小，证实表面活性剂提高了辉绿岩表面的破碎程度，同时对材料表面元素电子动能的变化测定。表明磨削过程后石材表面元素的电子发生了化学位移，表面活性剂的机械化学作用是存在的。表面电位引起的表面显微硬度降低，对石材和玻化砖中的不同矿物成分组成影响程度不同。对不同硬脆材料的加工，由于其矿物组成成分不同，其表面活性剂的选择原则也不同。
本发明所述的磨削液，表面活性剂组成为浓度在0.01-0.5％阳离子表面活性剂溶液或非离子表面活性剂溶液；或阳离子表面活性剂溶液与非离子表面活性剂溶液复配液。
本发明在磨削液中还添加了防锈剂，以保护机床。磨削液在砂带磨削过程中可以起到重要的清洗作用，有利于防止磨削阻塞，提高磨粒的切削作用。但是表面活性剂浓度不宜过大，这是由于随着表面活性剂浓度增加，磨削过程中将产生大量的泡沫，使后续加入的磨削液不能很好地与工件材料接触，使表面活性剂不能起到充分的清洗渗透作用，导致材料切除率下降。
本发明所述特征之一是工件相对于磨削砂带呈复合运动，以实现加工表面的均匀一致。其特征在于包含下列两种方式(a)工作台往复运动，并沿垂直于砂带运动的方向往复运动，工作台同时也可转动；(b)工作台单向运动，磨头沿垂直于砂带运动的方向往复运动。
在砂带磨削中，通过接触轮或压模板将砂带压向工件表面。改变砂带与工件的接触方式可以改变磨削轨迹，提高裂纹交错断裂的程度，以达到均匀磨削工件表面、提高磨削表面质量的目的。实验研究表明工件相对于磨削砂带呈复合运动不仅可以降低工件表面粗糙度值，还可以较大地提高材料切除率。实验结果表明，粗砂带通过工作台合理运动既可以进行粗加工同时又可以得到半精加工的表面质量，可以节省磨削工序。
本发明的优点在于砂带磨削过程中添加了磨削液，并且砂带与工件呈现相对复合运动时，可获得高的加工效率和加工表面质量。
具体实施例方式
下面通过某些代表性的例子进一步说明本发明，但不限制本发明的范围。在以下实施例中，除非另有说明，否则所有的份、比例和百分数均是以重量计。
实施例一在接触轮式砂带平面磨床上，采用P600金刚石砂带，砂带速度20m/s，磨削压力50N，磨削液为十六烷基三甲基溴化铵，浓度0.02％；工件材料为济南青；工作台转动；加工表面粗糙度0.12μm；加工效率2.0mm3/s·mm。
实施例二在压磨板式砂带磨床上，采用P100锆刚玉砂带，砂带速度8m/s，磨削压力50N，磨削液为辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂，浓度0.5％；工件材料为广西白；工作台沿垂直于砂带运动的方向往复运动同时也可转动；加工表面粗糙度0.22μm；加工效率0.24mm3/s·mm。
实施例三在压磨板式砂带磨床上，采用P40碳化硅砂带，砂带速度8m/s，磨削压力40N，磨削液为辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂，浓度0.5％；工件材料为中国红；工作台单向运动，磨头沿垂直于砂带运动的方向往复运动；加工表面粗糙度0.405μm；加工效率0.04mm3/s·mm。
权利要求
1.一种脆性材料表面磨削加工方法，其特征包括如下步骤(1)在脆性材料表面磨削加工中使用带有磨粒的砂带；(2)在以上磨削过程中添加磨削液；(3)在以上磨削过程中工件相对于磨削砂带呈复合运动。
2.根据权利要求1所述的脆性材料表面磨削加工方法，其特征在于其磨粒是选自金刚石或碳化硅或刚玉。
3.根据权利要求1所述的脆性材料表面磨削加工方法，其特征在于所述磨削液的组成为浓度在0.01-0.5％的阳离子表面活性剂溶液或非离子表面活性剂溶液、或阳离子表面活性剂溶液和非离子表面活性剂溶液复配液。
4.根据权利要求1或3所述的脆性材料表面磨削加工方法，其特征在于上述磨削液中添加防锈剂。
5.根据权利要求1所述脆性材料表面磨削加工方法，其特征在于上述工件相对于磨削砂带呈复合运动，包含下列两种方式(a)工作台往复运动，并沿垂直于砂带运动的方向往复运动，工作台同时也可转动；(b)工作台单向运动，磨头沿垂直于砂带运动的方向往复运动。
全文摘要
本发明公开了一种脆性材料表面磨削加工方法，该方法在脆性材料表面磨削加工中使用带有磨粒的砂带；在以上磨削过程中添加磨削液；在磨削过程中工件相对于磨削砂带呈复合运动。该方法可以提高磨削表面的切除率，同时砂带磨损较低，可获得高的加工效率和加工表面质量。
文档编号B24B21/00GK1607065SQ20031011177
公开日2005年4月20日 申请日期2003年10月15日 优先权日2003年10月15日
发明者王成勇, 秦哲, 孙永红, 张凤林 申请人:广东工业大学