摘 要 文章介紹了陶瓷墻地磚模具的基本組成和工作原理，并結(jié)合一些企業(yè)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，以陶瓷墻地磚模具的設(shè)計(jì)為例，探討了陶瓷墻地磚模具的一般設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞 陶瓷墻地磚模具，設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)實(shí)例

1前言

模具是陶瓷墻地磚生產(chǎn)的重要組成部分，它能使一臺(tái)機(jī)器成形不同規(guī)格、形狀的陶瓷坯體。我國的陶瓷墻地磚模具經(jīng)歷了一個(gè)從國外引進(jìn)到自主研究開發(fā)的過程，至今已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化生產(chǎn)。目前，我國陶瓷墻地磚生產(chǎn)通常采用金屬材料的壓力成形模具，此類模具的設(shè)計(jì)方法在各種文獻(xiàn)資料中還未有詳細(xì)、全面的介紹。因此，模具企業(yè)主要是根據(jù)自己的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行陶瓷墻地磚模具的設(shè)計(jì)生產(chǎn)。本文結(jié)合一些企業(yè)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，探討了陶瓷墻地磚模具的一般設(shè)計(jì)方法。

2陶瓷墻地磚模具的基本組成及工作原理

陶瓷墻地磚模具的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。上磁吸板通過螺釘固定在壓機(jī)上活動(dòng)橫梁上。上磁吸板內(nèi)繞磁力線圈，通電時(shí)產(chǎn)生磁吸力固定上模芯，側(cè)板與模框通過螺釘固定。下磁吸座內(nèi)繞磁力線圈，通電時(shí)產(chǎn)生磁力固定下模芯，下磁吸座通過螺釘固定在推頂板上。推頂板通過導(dǎo)柱座在底板上，防塵皮套用壓條固定在推頂板和底板四周，底板與壓機(jī)工作臺(tái)通過螺釘固定。?？蚺c底板之間的距離通過支柱與調(diào)整墊圈調(diào)整，卡板安裝位置與壓機(jī)的類型有關(guān)。圖1是SITI3608T壓機(jī)的模具，卡板安裝在底板內(nèi)，與壓機(jī)的頂出機(jī)構(gòu)聯(lián)接。

壓機(jī)工作時(shí)，壓機(jī)的頂出機(jī)構(gòu)通過卡板帶動(dòng)推頂板、下磁吸座和下模芯向下運(yùn)動(dòng)，形成一封閉的模腔，粉料經(jīng)喂料車布入模腔，壓機(jī)橫梁帶動(dòng)上模芯在液壓力的作用下進(jìn)入模腔。上模芯按觸到粉料，施加壓力，接著上模芯稍微提升或者松開，進(jìn)行排氣。然后上模芯一次或者多次下降，進(jìn)行多次排氣，直至磚坯達(dá)到足夠的抗折強(qiáng)度和良好的致密度。壓制結(jié)束后，上模芯在壓機(jī)橫梁的帶動(dòng)下，向上運(yùn)動(dòng)，下模芯在壓機(jī)頂出機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，向上運(yùn)動(dòng)，頂出磚坯，由喂料機(jī)構(gòu)將磚坯推出，完成一個(gè)工作周期，接著下模芯下降，粉料布入模腔，進(jìn)入第二個(gè)壓制周期。

3陶瓷墻地磚模具的設(shè)計(jì)及實(shí)例

規(guī)格為800mm×800mm×10mm的瓷質(zhì)地磚是一種常用的裝飾陶瓷制品，下面以此為例說明陶瓷墻地磚模具的一般設(shè)計(jì)方法。

3.1準(zhǔn)備工作

（1） 模具設(shè)計(jì)前，應(yīng)對(duì)產(chǎn)品和壓機(jī)設(shè)備有詳細(xì)的了解，包括瓷磚的品種、規(guī)格、厚度、形狀、正反面形狀、側(cè)面形狀、壓機(jī)的型號(hào)、規(guī)格、壓制瓷磚的大小、工位數(shù)等。

經(jīng)了解該產(chǎn)品是800mm×800mm×10mm的正方形瓷質(zhì)地磚。正面為光面，背面為凹凸斜紋，側(cè)面為階梯狀。根據(jù)現(xiàn)有的壓機(jī)型號(hào)、規(guī)格，選擇SITI3608T壓機(jī)。查壓機(jī)參數(shù)表得知，該壓機(jī)可壓制工位為800mm×800mm×10mm的瓷質(zhì)地磚。

（2） 確定產(chǎn)品收縮率

陶瓷墻地磚生產(chǎn)一般使用硅酸鹽粉料壓制成磚坯后經(jīng)過煅燒而成，磚坯煅燒冷卻后其線性尺寸和體積都有不同程度的收縮。為了保證產(chǎn)品的實(shí)際尺寸和形狀，模具設(shè)計(jì)時(shí)通常采用產(chǎn)品收縮率S_O來進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，產(chǎn)品收縮率S_O的計(jì)算公式為：

S_O =（L_O-L）/L_O×100%

L_O= L/（1-S_O）

式中：

L_O—磚坯線性尺寸

L—瓷磚線性尺寸

在生產(chǎn)實(shí)踐中，通常根據(jù)粉料試燒來確定產(chǎn)品收縮率S_O。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，常用粉料的參考收縮率為：瓷質(zhì)磚8.5%～9.5%；廣場(chǎng)磚3%～5%；釉面磚0.5%～2%。本例產(chǎn)品為瓷質(zhì)地磚，產(chǎn)品收縮率確定為9%。

（3） 模具單邊間隙的確定

模具的單邊間隙σ如圖2所示。

σ的設(shè)定相當(dāng)重要，它對(duì)磚坯的各種缺陷（如窄腰等）有非常大的影響，所以要保證合理的模具單邊間隙σ。模具單邊間隙與磚坯規(guī)格大小有關(guān)，理論上可以按下式?jīng)Q定：

σ = L′／2000

式中：

L′—— 瓷磚的長邊尺寸(mm)

不同品種瓷磚的單邊間隙σ推薦經(jīng)驗(yàn)值為：

瓷質(zhì)外墻磚：0.12～0.18mm

釉面磚：0.15～0.18mm

瓷質(zhì)地磚：200mm×300mm 0.16～0.18mm

400mm×500mm 0.18～0.20mm

600mm×600mm0.20～0.22mm

800mm×800mm0.22～0.25mm

廣場(chǎng)磚:200mm×200mm以下0.18～0.22mm

250mm×400mm 0.2～0.25mm

本例根據(jù)推薦經(jīng)驗(yàn)值，800mm×800mm×10mm的瓷質(zhì)地磚模具間隙σ取0.25mm。

3.2零件的設(shè)計(jì)

（1） 上模芯

外形尺寸（長、寬）計(jì)算公式為：

Ls=L/（1-S_O）+2σ

式中：

Ls—上模芯（長、寬）尺寸

L—瓷磚的（長、寬）尺寸

S_O—產(chǎn)品收縮率

上模芯厚度δs依經(jīng)驗(yàn)確定：規(guī)格在600mm以下的瓷磚取30mm；600mm以上的瓷磚取32～38mm。上模芯安裝方式有兩種：(1)反打，成形瓷磚的背面，背面花紋通常有平面、凸條或者商標(biāo)等；(2)正打，成形瓷磚的正面，正面花紋通常有平面、麻面、方格面等。根據(jù)瓷磚正、背面的形狀，考慮壓機(jī)推料架方便推出磚坯，確定采用正打或是反打。上模芯采用金屬材料，在成形表面壓制膠片，膠片內(nèi)充液壓油，以均衡磚坯的壓制力。上模芯規(guī)格小于150mm×150mm時(shí)，為了調(diào)整磚坯尺寸，在上模芯與上磁吸板之間增加上模芯墊板，一件墊板通過螺釘固定一件或多件上模芯。

本例上模芯形狀為正方形，瓷磚背面形狀為凹凸斜紋，為方便推出磚坯，上模芯采用反打，上模芯成形表面壓制凹凸斜紋的膠片，不使用上模墊板。

上模芯尺寸計(jì)算：

L_S = 800/（1-0.09）+0.5=879.62mm

厚度δ_S = 50mm

即上模芯規(guī)格為：879.62mm×879.62mm×50mm。

（2） 下模芯

下模芯外形尺寸比上模芯小一些，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，瓷磚規(guī)格在500mm以下的小1mm，600mm的瓷磚小1.5mm，800mm的瓷磚小2mm。下模芯厚度可以和上模芯厚度相同。當(dāng)下模芯規(guī)格小于200mm×200mm時(shí)，需在下模芯和下磁吸座之間增加下模墊板，下模芯和下模墊板通過螺釘固定。

本例：L_X＝879.62-2=877.62mm；厚度δ_X=50mm，不用下模墊板即下模芯規(guī)格為：877.62mm×877.62mm×50mm。若瓷質(zhì)地磚需要磨邊，則要適當(dāng)增加上、下模芯的外形尺寸。

（3） 側(cè) 板

一個(gè)模腔有四件側(cè)板，側(cè)板垂直型面形狀有階梯狀、斜平面、不規(guī)則曲面等。通常設(shè)計(jì)成階級(jí)狀。結(jié)構(gòu)如圖3所示。為了出坯的方便和減少破損，側(cè)板垂直成形面的脫模斜度角θ一般設(shè)計(jì)成1.5°～3.5°；階級(jí)的深度h₁一般取0.3～0.5mm；圓角R取3mm左右。側(cè)板總高度h的推薦經(jīng)驗(yàn)公式為：

h = 2×hC+（40～50mm）

式中：h_C—儲(chǔ)料深度

h_C = 2×δ_z+3～5mm

式中：δ_z—磚坯厚度

δ_z =δ/（1-SO）

式中：δ—瓷磚的厚度

S_O—產(chǎn)品收縮率

階級(jí)的位置高度h₂推薦經(jīng)驗(yàn)公式為：

H₂=δ_z×（40%～50%）

側(cè)板厚度δ_C一般取25～30mm。

本例：瓷磚厚度為10mm；磚坯厚度δ_z =10.99mm；儲(chǔ)料深度h_C=26mm；側(cè)板總高度h=2×26+48=100mm；階級(jí)的位置高度h₂=10.99×0.5=5.50mm；側(cè)板厚度δ_C=25mm。

（4） 模 框

?？虻淖畲笸庑纬叽纾ㄩL、寬）可從壓機(jī)參數(shù)表查得，但某些型號(hào)的壓機(jī)表中查不到，按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，模框的長度、寬度應(yīng)小于壓機(jī)立柱凈間距，壓機(jī)立柱凈間距查壓機(jī)參數(shù)表。

?？蚝穸圈?sub>m= h

式中：

h—側(cè)板高度

本例：查SITI3608T壓機(jī)參數(shù)表可知，?？虻淖畲笸庑纬叽玳L×寬=1700mm×1200mm，δ_m=25mm。

（5） 底 板

底板最大外形尺寸長、寬查壓機(jī)圖紙，應(yīng)小于壓機(jī)立柱的凈間距、底板孔及孔間距，與壓機(jī)工作臺(tái)的圖紙尺寸相同，底板厚度與壓機(jī)的型號(hào)、規(guī)格有關(guān)，推薦的經(jīng)驗(yàn)值如下：

PH650～680T δ_d=48～50mm

PH980～1600Tδ_d=55～56mm

SITI2805～7208T δ_d=55mm

YP1000～5600T δ_d=55mm

KD2800～4800T δ_d=55～60mm

LAS600～1500T δ_d=60mm

本例：查SITI3608T壓機(jī)圖紙，底板外形尺寸（長×寬）=1690mm×1100mm，厚度δ_d=55mm。

（6） 推頂板

最大外形尺寸（長、寬）要保證下磁吸座放得下，推頂板厚度H_t的確定，按以下推薦經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

如圖4所示：要算出推頂板的厚度δ_t，需先算出下?？偢叨菻_Z，計(jì)算公式為：

H_Z=H-δg-δs-L

式中：

H_Z—下模總高度

H—壓機(jī)上橫梁到工作臺(tái)的距離

δg—上磁吸板厚度

δs—上模芯厚度

L—上模芯和?？虻拈g距

在壓機(jī)的配套圖紙上可查出H、δg、上模芯和?？虻淖畲箝g距Lmax和最小間距Lmin的值。

首先確定開模時(shí)上模芯和?？虻拈g距L，要保證壓機(jī)推料架推出磚坯的空間，即LminZ。

推頂板厚度的計(jì)算公式為：

δ_t = H_Z -δ_d -δ_c -δ_x - h_C

式中：

δ_t—推頂板厚度

H_Z—下模總高度

δ_d—底板厚度

δ_c—下磁吸座厚度

δ_x—下模芯厚度

h_C—儲(chǔ)料深度

推頂板厚度δ_t和下磁吸座厚度δ_c相互分配。

本例：查SITI3608T壓機(jī)圖紙可知Lmax=115mm，Lmin =90mm，取L=100mm，

HZ= 550-100-35-68=347mm

δt= 347-55-26-35-δc= 231-δc

取δt與δc相等，δt =δc =115mm。

（7） 其它零件

下磁吸座外形（長、寬）尺寸比下模芯小5～8mm。

卡板安裝位置與壓機(jī)類型有關(guān)。安裝在底板或推頂板內(nèi)，一模多件對(duì)稱分布或一模一件安裝在底板中間。外形尺寸按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，常設(shè)計(jì)成圓形、U形等，內(nèi)部形狀尺寸與壓機(jī)配套圖紙相同。

支柱、調(diào)整墊圈外徑一般取φ55～φ60mm，支柱與調(diào)整墊圈高度的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為：

H_L= H_Z-δm-δd

式中：

H_L—支柱與調(diào)整墊圈高度之和

H_Z—下?？偢叨?/p>

δm—模框厚度

δd—底板厚度

調(diào)整墊圈高度一般取30mm，支柱高度可計(jì)算得出。

上磁吸板外形尺寸略大于上模芯，厚度查壓機(jī)配套圖紙。防塵套用皮革加鋼絲骨架材料，要有足夠大小。

本例：下磁吸座的規(guī)格為873mm×873mm×115mm；支柱與調(diào)整墊圈外徑為φ60mm；調(diào)整墊圈高度為30mm；支柱高度=347-25-55-30=237mm；上磁吸板的規(guī)格為880.62mm×880.62mm×68mm。

(8) 參數(shù)校核

校核模具的閉合高度：Hmin模

式中：

Hmin—壓機(jī)最小閉合高度

H模—模具的閉合高度

Hmax—壓機(jī)最大閉合高度

Hmin、 Hmax的值查壓機(jī)參數(shù)表。

本例：查SITI3608T壓機(jī)參數(shù)表可知Hmin=450mm；Hmax=660mm。

H模 = H_Z +δs +δg

式中：

H_Z—下?？偢叨?/p>

δs—上模芯厚度

δg—上磁力板厚度

H_模 =347+35+150=532mm，因此模具的閉合高度符合要求。

（9） 繪模具總裝配圖

模具的總裝配圖如圖5所示。

4結(jié) 束 語

上述設(shè)計(jì)方法是陶瓷墻地磚模具主要零件部分尺寸的一般設(shè)計(jì)方法，還有許多具體尺寸的設(shè)計(jì)在此不一一說明了，文中推薦的經(jīng)驗(yàn)公式和參數(shù)是以某廠的經(jīng)驗(yàn)為例，按此方法設(shè)計(jì)，實(shí)踐證明是可行的。

參考文獻(xiàn)

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