王同言
(唐山北方瓷都陶瓷集團有限責(zé)任公司 河北 唐山 063020)
隨著我國對外貿(mào)易的不斷發(fā)展,出口到北美市場的坐便器產(chǎn)品除了對功能要求不斷提高外,對產(chǎn)品的型號、尺寸等也提出了新的要求。一方面,管徑較粗的節(jié)水型虹吸式坐便器(尤其是4.8 L高效節(jié)水型的噴射虹吸式坐便器)深受用戶的喜愛。這種坐便器的用水量遠低于國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6952-2005規(guī)定的節(jié)水型坐便器6 L的用水量,同時排污功能強勁,管徑粗不易堵塞,有良好的節(jié)水、沖刷功能效果。另一方面,據(jù)北美市場客戶需求,要求開發(fā)生產(chǎn)一種尺寸、體積較大(長×寬×高=675 mm×441 mm×361 mm)的掛式坐便器。 該坐便器的結(jié)構(gòu)形式為噴射虹吸式、粗管徑,對用水量和排污功能要求很高,且有2種進水方式(上進水和后進水),這給開發(fā)生產(chǎn)帶來很大的難度。像這種超大尺寸、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能要求高的掛式坐便器,以前公司從未研發(fā)過同類產(chǎn)品。以往我們開發(fā)生產(chǎn)出口到歐洲市場的掛式坐便器都是體積小(一般長×寬×高=500 mm×360 mm×360 mm),結(jié)構(gòu)簡單的沖落式結(jié)構(gòu),開發(fā)生產(chǎn)難度較小,排污功能要求的也較低。但是,我們將要開發(fā)的特大件掛式坐便器為高檔、高附加值的產(chǎn)品,其售價要比普通坐便器的售價高60%,所以必須開發(fā)成功并承接出口定貨。我們具有多年開發(fā)生產(chǎn)節(jié)水型坐便器的成功經(jīng)驗,新產(chǎn)品的成功開發(fā)對于企業(yè)技術(shù)進步,滿足客戶需求,開拓國際市場,提高市場競爭力,增創(chuàng)企業(yè)經(jīng)濟效益,都具有重要的意義。
我們所開發(fā)的產(chǎn)品是根據(jù)客戶定貨提供的外型圖紙(見圖1)以及功能指標(biāo)來開發(fā)的。該產(chǎn)品的基本要求是:
1)產(chǎn)品為掛式坐便器,外型相同,但有兩種進水方式。
2)坐便器的外型尺寸為:長×寬×高=675 mm×441 mm×361 mm;便器蓋長度(A1)為470 mm,為加長型;坐便器高度為361 mm。
3)坐便器的排污形式為墻排式。
4)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式為噴射虹吸式。
5)水封面積要求在100 mm×85 mm以上。
6)用水量要求為≤4.8 L。將直徑為19 mm小球,放置100個,排出≥85個;味增(豆泥模擬便條)通過≥7條(≥350g)。
7)管徑應(yīng)至少通過直徑為46 mm的檢測球體。
8)防濺水實驗:不能超過5個水點,最大點直徑不能超過3 mm。
9)承重實驗:不低于225 kg。
10)其它性能指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6952-2005的規(guī)定。
圖1 坐便器的外型尺寸
1)設(shè)計并制作出一個優(yōu)良的管道十分重要。排污管道是坐便器的主要組成部分,其對用水量、排污功能有重要的影響。對管道的結(jié)構(gòu)(管道的直徑、長度、彎曲度、管道上下粗細比例)進行科學(xué)合理的設(shè)計,解決了管徑變粗與用水量之間的矛盾,實現(xiàn)管徑既粗又節(jié)水。
2)管道結(jié)構(gòu)采用合理的流體動力學(xué)設(shè)計。虹吸產(chǎn)生時虹吸管道兩端封閉產(chǎn)生虹吸動力,而虹吸管道中間部分則是水和氣的混合體,從而減少了用水量,增加了水的流速,達到節(jié)水并快速產(chǎn)生虹吸的效果。
3)對坐便器的整體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。對盆腔的形狀、彎口的造型,布水孔的位置、大小、數(shù)量、角度,水箱水位高度等,進行合理配置,使坐便器達到最佳的節(jié)水效果。
4)改進管道施釉工藝方法及管道施釉所用釉料配方,使釉面盡早地?;?,使管道順滑,便于固體廢物的排出。
客戶提出管道至少通過46 mm的實體球。我們?yōu)榱诉_到這一要求,加大管道的富裕量,將管道通過50 mm的實體球作為內(nèi)部控制指標(biāo)。這給開發(fā)生產(chǎn)帶來了很大的困難。據(jù)多年開發(fā)節(jié)水坐便器的經(jīng)驗:虹吸式坐便器的管道每加粗5 mm,要達到同樣的沖水效果至少需要多消耗1 L水,可見管徑加粗與節(jié)水是一對矛盾。我們參考目前大生產(chǎn)中排污功能優(yōu)良產(chǎn)品的管道,尤其是粗管徑坐便器排污良好的彎管結(jié)構(gòu),并以此管道為制作基礎(chǔ)。同時,我們精心設(shè)計、計算、制作標(biāo)準(zhǔn)化管道。確保管道的前部最粗處直徑(106 mm)和后部最窄處直徑(81 mm)比例為1.31∶1.00。成品內(nèi)徑為55 mm,管道能順暢通過直徑50 mm的檢測球體。
雖然管道設(shè)計是主要的,但與其配套的盆腔鍋型,彎口的形狀,布水孔大小、數(shù)量及角度,水箱的結(jié)構(gòu)等決定著功能的最佳匹配效果。經(jīng)過多次反復(fù)試驗,我們找到了最佳的組合方式:坐便器的進水口通道由以往的“深”改為“淺”;盆腔結(jié)構(gòu)做到順滑,以使水流直對彎口;改變彎口形狀以往坐便器的“短、寬、深”為“長、窄、淺”。以上措施為實現(xiàn)坐便器的高效節(jié)水創(chuàng)造了條件。
以往普通坐便器的附水道與水圈相連,斷面面積大,路徑長,沖力小,水流速度緩慢,不僅用水量大,而且虹吸產(chǎn)生的也較慢,故消耗水量大。而我們開發(fā)的產(chǎn)品的附水道的設(shè)計獨特:附水道單側(cè)單獨給水,與水圈水分離;附水道斷面面積小,路徑短,水流沖力大,速度快,從而減少了用水量,滿足噴射孔快速噴水和虹吸管道快速產(chǎn)生虹吸的要求。
水圈與附水道的下水量按照合理比例調(diào)配非常關(guān)鍵,對沖刷、節(jié)水、排污有著重要的影響。調(diào)配不好很難達到良好的節(jié)水和沖刷排污效果。水圈和附水道單獨設(shè)計,一部分水(少量水)用于沖刷;另一部分水(大量水)用于排污,兩者互不影響。我們根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)成熟的布水孔大小、數(shù)量、角度及分布方式進行反復(fù)試驗,布水孔由原來的“大孔直徑為7 mm、數(shù)量28個”改為“小孔直徑為2 mm、數(shù)量16個”,角度全部為30°~35°。噴射孔的直徑由28 mm縮小到12 mm。經(jīng)測算和驗證,水圈和附水道的用水量按2∶8分配,滿足了大、小水量排污沖刷的要求。
我們對現(xiàn)用的管道施釉的釉料配方進行了調(diào)整。使用生產(chǎn)普通產(chǎn)品的釉,?;Ч焕硐?,管道不光滑,致使實體球經(jīng)過管道時有堵塞現(xiàn)象。釉料配方調(diào)整后,經(jīng)管道施釉試驗表明,管道非常光滑,利于實體球順暢地通過;我們還對管道施釉工藝進行了改進,要求施釉時釉漿在管道內(nèi)至少停留3~5 s,并且將釉漿容重提高到1.35~1.45 g/cm3,釉漿要到達盆腔的一半部位,以保證管道全部充滿釉漿。施釉完成后專人負責(zé)將盆腔內(nèi)的多余釉漿擦去,以免造成滾釉缺陷。
試驗初期,由于附水道三角區(qū)部位從胎型上設(shè)計不合理,間隙過大,造成泥漿不能控出,致使此部位存漿,導(dǎo)致在干燥過程中開裂、崩裂嚴重。經(jīng)過對模型微處理,把模型三角區(qū)部位變窄卡死,使泥漿順利排出,不再存漿并產(chǎn)生崩裂、開裂現(xiàn)象,很好地解決了存漿、崩裂問題。
由于掛式坐便器在燒成過程中需要立裝,且由于本產(chǎn)品的造型特點,支撐筋在保證造型和產(chǎn)品外型尺寸方面起到很重要的作用。開發(fā)試驗初期,由于支撐筋模型的設(shè)計問題,致使坯體過厚、棱角太直:一是造成成形不密實,燒成時易產(chǎn)生氣泡;二是產(chǎn)生大量的滾釉缺陷。在胎型上采取措施,將此部位坯體減薄,同時棱角處改為圓弧形,即可成功地解決氣泡現(xiàn)象,坯體不密實以及生產(chǎn)中出現(xiàn)大批滾釉問題。
掛式坐便器安裝在墻面上使用,需要承受一定的質(zhì)量,同時底盤上孔眼多、尺寸要求精確。試驗初期,掛座底盤存在許多問題:一是為了便于注漿和回漿,產(chǎn)品上沿部位通道為雙面吃漿,且設(shè)置1個注漿管,這就導(dǎo)致存漿崩裂和產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。我們通過仔細研究設(shè)計,通道由雙面吃漿改為單面吃漿,注漿管由1個增加為3個,成功地解決了以上問題;二是底盤為增大強度,設(shè)置了許多單面吃漿的加強筋。由于加強筋寬度、斜度不夠、成形時濕坯脫模易破裂,導(dǎo)致坯體成形合格率低。我們通過把加強筋加寬,并設(shè)計一定的角度,解決了此問題,同時有利于提高掛式坐便器的承重量;三是試驗初期,底盤法蘭盤由于設(shè)計問題,底盤深度(23 mm)太深,不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)在胎型上加以修改,改為16 mm,滿足15~17 mm的標(biāo)準(zhǔn)要求。
開發(fā)試驗初期,圈眼設(shè)置確定直徑為2 mm扎子16個、角度為30°~35°,鍋內(nèi)噴射孔部位有二等臺階,出現(xiàn)了嚴重的噴水、濺水、甩水現(xiàn)象,不能滿足客戶要求。我們通過反復(fù)試驗,將噴射孔部位的二等臺階去掉,并將圈眼數(shù)量增加到24個,直徑為2 mm扎子不變,角度改為70°,成功解決了濺水等問題,同時排污沖刷功能達到優(yōu)良。
通過以上措施,產(chǎn)品質(zhì)量合格率由最初的37%提高到80%以上,投入大批量生產(chǎn)。
坯用原料化學(xué)成分、坯料配方的化學(xué)成分見表1和表2。
表1 坯用原料的化學(xué)成分(質(zhì)量%)
表2 坯料配方的化學(xué)成分(質(zhì)量%)
坯式:
釉用原料化學(xué)成分、釉料配方的化學(xué)成分見表3和表4。
表3 釉用原料化學(xué)成分(質(zhì)量%)
表4 釉料配方的化學(xué)成分(質(zhì)量%)
釉式:
5.3.1 泥漿物理性能
容重:1.785~1.805 g/cm3;細度:2.2%~2.6%(萬孔篩余);流動度:5′30″~6′40″;厚化度:1.20~1.32。
5.3.2 釉漿物理性能
容重:1.795~1.815 g/cm3;細度:0.25%~0.45%(400目篩余);流動度:55″~1′40″;吸干速度:18~20 min。
5.3.3 石膏模型參數(shù)
采用混合石膏粉制模,水膏比例為1.0∶1.4,攪拌時間為2~3 min,模型經(jīng)50 ℃干燥后使用。
5.3.4 成形控制參數(shù)
成形室內(nèi)溫度:白天27~32 ℃,夜間32~37 ℃;
相對濕度:50%~60%;
吃漿厚度:雙面部位 11~12 mm,單面部位 7~9 mm;
微壓鞏固壓力:0.015~0.02 MPa,微壓鞏固時間:20~40 min;
干燥周期:7 d;
半成品刷坯時水分小于2%。
由于本產(chǎn)品的圈眼小(直徑2 mm),為防止堵塞,故刷坯后逐件逐個需疏通圈眼。
5.3.5 燒成控制參數(shù)
最高燒成溫度1 200~1 208 ℃;進車速率:16~19 min/車;
產(chǎn)品裝窯:后面墊起15°角,向前傾斜。
5.3.6 生產(chǎn)工藝流程(見圖2)
產(chǎn)品檢驗執(zhí)行GB 6925-2005 《衛(wèi)生陶瓷》國家標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)國家輕工業(yè)陶瓷質(zhì)量監(jiān)督檢測唐山站檢測,完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)以及客戶定貨標(biāo)準(zhǔn)要求(主要指標(biāo)見表5)。
表5 掛式坐便器檢測結(jié)果
表5中檢測數(shù)據(jù)表明,本項目產(chǎn)品的排污功能等指標(biāo)比國家標(biāo)準(zhǔn)和客戶定貨要求有顯著的提高。該產(chǎn)品虹吸作用產(chǎn)生的早,虹吸作用時間短,補水量小,用水量少,抽力大,污物排出徹底,特別是粗管徑能從根本上杜絕坐便器的堵塞問題。模擬便條試驗達到并遠高于美標(biāo)HET(高效節(jié)水)標(biāo)準(zhǔn)要求。
本項目通過對坐便器整體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計,對水圈和附水道的下水量按照合理比例調(diào)配,從而減少了用水量,增大了水的流速,達到節(jié)水并快速產(chǎn)生虹吸的效果;同時對布水孔大小、數(shù)量、角度及分布方式進行了深入的研究,對管道施釉的工藝操作及管道施釉用釉料配方進行了調(diào)整,成功研制出了粗管徑(實體球通過50 mm),用水量僅4.8 L的特大件高效節(jié)水型噴射虹吸掛式坐便器。該產(chǎn)品集粗管徑(過直徑50 mm球)、超節(jié)水(4.8 L)、噴射虹吸式、組合立澆生產(chǎn)、體積大于一體,解決了諸多成形技術(shù)問題,產(chǎn)品的合格率大幅提高。不僅滿足了美國、加拿大市場客戶訂貨要求,也為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。
圖2 生產(chǎn)工藝流程