專利名稱：一種脆性材料表面磨削加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脆性材料表面磨削加工方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種能提高石材、?；u磨削效率的加工方法。
背景技術(shù)：
在石材的表面磨削加工中，使用砂輪進行磨削是主要加工方法。這種方法的缺點是磨削效率低，磨削砂輪容易堵塞導(dǎo)致砂輪磨損快，磨削成本相對較高。砂帶磨削是涂附磨具磨削的一種形式，具有加工面積大、加工效率高、“冷態(tài)”磨削、磨削精度高、磨削成本低等特點，是一種高效經(jīng)濟的精密加工工藝和拋光方法。實驗研究表明，砂帶磨削石材、陶瓷、?；u等脆性材料加工時，切除率高，磨削力和磨削功率小，工件加工表面損傷小，磨削溫度低。
公開報道表明砂帶磨削目前主要用于對大理石、花崗石等建筑板件進行邊角等表面的輔助加工。中國專利2167813A涉及了一種主要用于對大理石、花崗石等建筑板件進行倒角磨拋加工砂帶式石材棱邊磨拋機；中國專利公開號CN1204566A涉及了一種將陶瓷弧面板表面用砂帶磨光的方法及所用的弧面瓷板磨光機。F1896351涉及了一種砂帶拋光石材及類似材料的外圓柱的設(shè)備，這些公開報道均未提及如何使得砂帶磨削獲得最好的效果的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以提高石材、?；u等脆性材料表面磨削加工效率的方法。該方法可以提高磨削表面的切除率，同時砂帶磨損較低。
本發(fā)明包括如下幾個步驟(1)在脆性材料表面磨削加工中使用帶有磨粒的砂帶；(2)在以上磨削過程中添加磨削液；
(3)在以上磨削過程中工件相對于磨削砂帶呈復(fù)合運動。
本發(fā)明采用帶有磨料的砂帶進行石材和?；u的表面加工，上述磨粒是選自金剛石或碳化硅或剛玉。我們的實驗研究表明，在相同的加工條件下，金剛石砂帶具有最高的切削效率和耐磨性，鋯剛玉次之，碳化硅的磨削切除率最低，同時磨損最大。
本發(fā)明在砂帶磨削過程中添加了磨削液，磨削液和砂帶磨削特點的結(jié)合是本發(fā)明的主要特征之一，所述磨削液的主要組成為陽離子表面活性劑溶液或非離子表面活性劑溶液。
我們的實驗研究表明，添加表面活性劑的磨削冷卻液可明顯石材、?；u等脆性材料表面磨削加工效率，其作用機理可表現(xiàn)為以下幾個方面通過其物理化學(xué)作用降低石材、?；u等脆性材料表面表面顯微硬度，減小表面張力，通過水力楔壓作用加速磨削微裂紋的擴展，使石材、?；u等脆性材料表面更容易破碎去除，從而提高其磨削效率。
表面活性劑對巖石破碎效率的影響之一，是通過ζ電位影響固體近表面的硬度，對石材在不同種類表面活性劑溶液中的表面電位進行測定，并采用維氏硬度法測定石材在表面活性劑溶液磨削后的表面顯微硬度)，結(jié)果表明當(dāng)ζ電位由于濃度變化向正方向移動時顯微硬度降低；陽離子表面活性劑在表面電位最大時，石材表面顯微硬度最低；陰離子和非離子表面活性劑在石材表面電位絕對值最小時顯微硬度最低。表面活性劑水溶液的表面張力遠低于水，且隨表面活性劑濃度的增加而降低，但濃度繼續(xù)增加表面張力不繼續(xù)降低。在石材磨削過程中，由于水的表面張力較大，而表面活性劑表面張力較小，表面活性劑對輝綠巖的潤濕能力很強，具有很好的滲透能力。石材本身存在大量微裂紋，磨削過程中也產(chǎn)生大量裂紋。因此當(dāng)表面活性劑溶液滲透到微裂紋中時，由于水力楔壓的作用，輝綠巖表面的裂紋快速擴展，使其更容易破碎去除。此時石材表面破碎程度大，磨削效率高，同時砂帶磨削后表面粗糙度大。
我們的實驗研究還表明，使用表面活性劑溶液進行磨削過程中并無明顯的新生物質(zhì)生成，但添加表面活性劑溶液磨削后，石材表面狀態(tài)發(fā)生變化，可能是磨削過程中表面裂紋增加引起的。測量晶粒尺寸的變化，其結(jié)果表明表面活性劑溶液磨削后的晶粒尺寸明顯減小，證實表面活性劑提高了輝綠巖表面的破碎程度，同時對材料表面元素電子動能的變化測定。表明磨削過程后石材表面元素的電子發(fā)生了化學(xué)位移，表面活性劑的機械化學(xué)作用是存在的。表面電位引起的表面顯微硬度降低，對石材和?；u中的不同礦物成分組成影響程度不同。對不同硬脆材料的加工，由于其礦物組成成分不同，其表面活性劑的選擇原則也不同。
本發(fā)明所述的磨削液，表面活性劑組成為濃度在0.01-0.5％陽離子表面活性劑溶液或非離子表面活性劑溶液；或陽離子表面活性劑溶液與非離子表面活性劑溶液復(fù)配液。
本發(fā)明在磨削液中還添加了防銹劑，以保護機床。磨削液在砂帶磨削過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。但是表面活性劑濃度不宜過大，這是由于隨著表面活性劑濃度增加，磨削過程中將產(chǎn)生大量的泡沫，使后續(xù)加入的磨削液不能很好地與工件材料接觸，使表面活性劑不能起到充分的清洗滲透作用，導(dǎo)致材料切除率下降。
本發(fā)明所述特征之一是工件相對于磨削砂帶呈復(fù)合運動，以實現(xiàn)加工表面的均勻一致。其特征在于包含下列兩種方式(a)工作臺往復(fù)運動，并沿垂直于砂帶運動的方向往復(fù)運動，工作臺同時也可轉(zhuǎn)動；(b)工作臺單向運動，磨頭沿垂直于砂帶運動的方向往復(fù)運動。
在砂帶磨削中，通過接觸輪或壓模板將砂帶壓向工件表面。改變砂帶與工件的接觸方式可以改變磨削軌跡，提高裂紋交錯斷裂的程度，以達到均勻磨削工件表面、提高磨削表面質(zhì)量的目的。實驗研究表明工件相對于磨削砂帶呈復(fù)合運動不僅可以降低工件表面粗糙度值，還可以較大地提高材料切除率。實驗結(jié)果表明，粗砂帶通過工作臺合理運動既可以進行粗加工同時又可以得到半精加工的表面質(zhì)量，可以節(jié)省磨削工序。
本發(fā)明的優(yōu)點在于砂帶磨削過程中添加了磨削液，并且砂帶與工件呈現(xiàn)相對復(fù)合運動時，可獲得高的加工效率和加工表面質(zhì)量。
具體實施例方式
下面通過某些代表性的例子進一步說明本發(fā)明，但不限制本發(fā)明的范圍。在以下實施例中，除非另有說明，否則所有的份、比例和百分數(shù)均是以重量計。
實施例一在接觸輪式砂帶平面磨床上，采用P600金剛石砂帶，砂帶速度20m/s，磨削壓力50N，磨削液為十六烷基三甲基溴化銨，濃度0.02％；工件材料為濟南青；工作臺轉(zhuǎn)動；加工表面粗糙度0.12μm；加工效率2.0mm3/s·mm。
實施例二在壓磨板式砂帶磨床上，采用P100鋯剛玉砂帶，砂帶速度8m/s，磨削壓力50N，磨削液為辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化劑，濃度0.5％；工件材料為廣西白；工作臺沿垂直于砂帶運動的方向往復(fù)運動同時也可轉(zhuǎn)動；加工表面粗糙度0.22μm；加工效率0.24mm3/s·mm。
實施例三在壓磨板式砂帶磨床上，采用P40碳化硅砂帶，砂帶速度8m/s，磨削壓力40N，磨削液為辛烷基酚聚氧乙烯醚乳化劑，濃度0.5％；工件材料為中國紅；工作臺單向運動，磨頭沿垂直于砂帶運動的方向往復(fù)運動；加工表面粗糙度0.405μm；加工效率0.04mm3/s·mm。
權(quán)利要求
1.一種脆性材料表面磨削加工方法，其特征包括如下步驟(1)在脆性材料表面磨削加工中使用帶有磨粒的砂帶；(2)在以上磨削過程中添加磨削液；(3)在以上磨削過程中工件相對于磨削砂帶呈復(fù)合運動。
2.根據(jù)權(quán)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選自金剛石或碳化硅或剛玉。
3.根據(jù)權(quán)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組成為濃度在0.01-0.5％的陽離子表面活性劑溶液或非離子表面活性劑溶液、或陽離子表面活性劑溶液和非離子表面活性劑溶液復(fù)配液。
4.根據(jù)權(quán)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銹劑。
5.根據(jù)權(quán)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對于磨削砂帶呈復(fù)合運動，包含下列兩種方式(a)工作臺往復(fù)運動，并沿垂直于砂帶運動的方向往復(fù)運動，工作臺同時也可轉(zhuǎn)動；(b)工作臺單向運動，磨頭沿垂直于砂帶運動的方向往復(fù)運動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脆性材料表面磨削加工方法，該方法在脆性材料表面磨削加工中使用帶有磨粒的砂帶；在以上磨削過程中添加磨削液；在磨削過程中工件相對于磨削砂帶呈復(fù)合運動。該方法可以提高磨削表面的切除率，同時砂帶磨損較低，可獲得高的加工效率和加工表面質(zhì)量。
文檔編號B24B21/00GK1607065SQ20031011177
公開日2005年4月20日 申請日期2003年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者王成勇, 秦哲, 孫永紅, 張鳳林 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)