摘要
墙地砖磨边生产线是保证墙地砖尺寸统一的最常用加工设备，具有生产高效、使用方便等特点，其磨边工艺参数将直接影响墙地砖的最终尺寸及质量。同时也是一种高能耗设备。目前对墙地砖磨边工艺参数的研究大多围绕改善墙地砖磨边质量和提高生产效率等方面进行，缺乏从能耗、磨轮损耗、产品质量多目标对磨边生产参数进行整体优化。 本文以三种磨轮中的磨粒进行了磨边加工仿真，分析了工艺参数的改变对磨削力的影响。建立了以墙地砖进给速度、磨轮转速、磨轮压强以及磨削深度为设计变量的磨轮寿命、加工能耗和表面质量的评价模型，进行了磨边生产线工艺参数优化。本文主要研究内容如下： (1)将磨粒简化为带有圆球半径的圆锥体，建立墙地砖离散元模型，进行单磨粒磨边仿真。当磨削深度大于10μm时，破坏形式从韧性破坏转变为脆性破坏，磨削力呈倍数增加；当磨削深度为40μm，造成内部破坏。旋转速度大于90πrad/s时，磨削深度方向的磨削力减小。磨料粒度越大，磨削深度方向与前进方向的磨削力比值越小。 (2)以800×800mm的墙地砖为试验对象，以实际的磨边生产线作为试验平台，进行了磨边试验设计。建立了磨边粗糙度(Ra)与细磨轮四个工艺参数的回归模型，并分析了工艺参数对粗糙度的影响。墙地砖前进速度和磨削深度都与Ra成正相关。磨削深度小于0.18mm，Ra对前进速度和磨轮压强的变化敏感；大于0.18mm时，变的不敏感。磨轮转速对Ra有负影响。磨轮压强大于0.14MPa，Ra对磨轮转速的变化敏感。 (3)以磨轮径向磨损量来表征磨轮寿命。建立了磨轮寿命与四个工艺参数的回归模型。通过磨损量得到了磨轮磨耗比，分析了工艺参数对磨耗比的影响。粗磨轮：磨耗比(G1)与磨轮转速(Vs)成负相关，与前进速度(Vw)成正相关。Vw大于39m/min，Vs小于2800r/min时，磨耗比对磨削深度的变化敏感。中磨轮：Vs大于2750r/min时，磨耗比(G2)对Vw的变化敏感。磨削深度大于0.25mm时，G2对磨轮压强的变化敏感。细磨轮：Vw大于36m/min时，磨耗比(G3)对Vw的变化敏感。磨削深度与G3成正相关。磨削深度大于0.14mm时，G3对Vs的变化敏感，随Vs增大，G3先增大后减小。三种磨轮的磨轮转速和磨轮压强都与磨耗比成负相关，Vs大于2850r/min时，磨轮压强增加，磨耗比略有增加；小于2850r/min时，磨耗比对磨轮压强的变化更敏感。 (4)将磨边生产线能耗、磨轮寿命和磨边质量评价模型作为三个目标，优化工艺参数。得到两种磨轮排序模式下的最优帕累托解集，选取某个生产线为案列，以最大利润作为寻优方法，得到两个模式的最优解。模式一最优目标的值为Δrt1:10570μm、Pt1:279.88KW和Ra1:6.128μm。模式二最优目标的值为Δrt2:10279μm、Pt2:272.35KW和Ra2:6.126μm。两个模式的优化值与试验值的平均误差均小于1%。分别对比参考点，模式一的三个目标值平均降低10%。模式二减低9%，对比两种模式的最优解，模式一可获得更多产量和利润，模式二的磨轮排序方式更利于节省成本。
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