陶瓷墙地砖模具的设计.docx

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陶瓷墙地砖模具的设计

陶瓷墙地砖模具的设计

　　摘要文章介绍了陶瓷墙地砖模具的基本组成和工作原理，并结合一些企业的实际经验，以陶瓷墙地砖模具的设计为例，探讨了陶瓷墙地砖模具的一般设计方法。

　　关键词陶瓷墙地砖模具，设计方法，设计实例

　　1前言

　　模具是陶瓷墙地砖生产的重要组成部分，它能使一台机器成形不同规格、形状的陶瓷坯体。

我国的陶瓷墙地砖模具经历了一个从国外引进到自主研究开发的过程，至今已实现国产化生产。

目前，我国陶瓷墙地砖生产通常采用金属材料的压力成形模具，此类模具的设计方法在各种文献资料中还未有详细、全面的介绍。

因此，模具企业主要是根据自己的实际经验来进行陶瓷墙地砖模具的设计生产。

本文结合一些企业的实际经验，探讨了陶瓷墙地砖模具的一般设计方法。

　　2陶瓷墙地砖模具的基本组成及工作原理

　　陶瓷墙地砖模具的基本结构如图1所示。

上磁吸板通过螺钉固定在压机上活动横梁上。

上磁吸板内绕磁力线圈，通电时产生磁吸力固定上模芯，侧板与模框通过螺钉固定。

下磁吸座内绕磁力线圈，通电时产生磁力固定下模芯，下磁吸座通过螺钉固定在推顶板上。

推顶板通过导柱座在底板上，防尘皮套用压条固定在推顶板和底板四周，底板与压机工作台通过螺钉固定。

模框与底板之间的距离通过支柱与调整垫圈调整，卡板安装位置与压机的类型有关。

图1是SITI3608T压机的模具，卡板安装在底板内，与压机的顶出机构联接。

　　压机工作时，压机的顶出机构通过卡板带动推顶板、下磁吸座和下模芯向下运动，形成一封闭的模腔，粉料经喂料车布入模腔，压机横梁带动上模芯在液压力的作用下进入模腔。

上模芯按触到粉料，施加压力，接着上模芯稍微提升或者松开，进行排气。

然后上模芯一次或者多次下降，进行多次排气，直至砖坯达到足够的抗折强度和良好的致密度。

压制结束后，上模芯在压机横梁的带动下，向上运动，下模芯在压机顶出机构的带动下，向上运动，顶出砖坯，由喂料机构将砖坯推出，完成一个工作周期，接着下模芯下降，粉料布入模腔，进入第二个压制周期。

　　3陶瓷墙地砖模具的设计及实例

　　规格为800mm×800mm×10mm的瓷质地砖是一种常用的装饰陶瓷制品，下面以此为例说明陶瓷墙地砖模具的一般设计方法。

　　3.1准备工作

（1）模具设计前，应对产品和压机设备有详细的了解，包括瓷砖的品种、规格、厚度、形状、正反面形状、侧面形状、压机的型号、规格、压制瓷砖的大小、工位数等。

　　经了解该产品是800mm×800mm×10mm的正方形瓷质地砖。

正面为光面，背面为凹凸斜纹，侧面为阶梯状。

根据现有的压机型号、规格，选择SITI3608T压机。

查压机参数表得知，该压机可压制工位为800mm×800mm×10mm的瓷质地砖。

（2）确定产品收缩率

　　陶瓷墙地砖生产一般使用硅酸盐粉料压制成砖坯后经过煅烧而成，砖坯煅烧冷却后其线性尺寸和体积都有不同程度的收缩。

为了保证产品的实际尺寸和形状，模具设计时通常采用产品收缩率SO来进行参数计算，产品收缩率SO的计算公式为：

　　SO=（LO-L）/LO×100%

　　LO=L/（1-SO）

　　式中：

　　LO―砖坯线性尺寸

　　L―瓷砖线性尺寸

　　在生产实践中，通常根据粉料试烧来确定产品收缩率SO。

根据实际经验，常用粉料的参考收缩率为：

瓷质砖8.5%～9.5%；广场砖3%～5%；釉面砖0.5%～2%。

本例产品为瓷质地砖，产品收缩率确定为9%。

　　（3）模具单边间隙的确定

　　模具的单边间隙σ如图2所示。

　　σ的设定相当重要，它对砖坯的各种缺陷（如窄腰等）有非常大的影响，所以要保证合理的模具单边间隙σ。

模具单边间隙与砖坯规格大小有关，理论上可以按下式决定：

　　σ=L′／2000

　　式中：

　　L′――瓷砖的长边尺寸（mm）

　　不同品种瓷砖的单边间隙σ推荐经验值为：

　　瓷质外墙砖：

0.12～0.18mm

　　釉面砖：

0.15～0.18mm

　　瓷质地砖：

200mm×300mm0.16～0.18mm

　　400mm×500mm0.18～0.20mm

　　600mm×600mm0.20～0.22mm

　　800mm×800mm0.22～0.25mm

　　广场砖:

200mm×200mm以下0.18～0.22mm

　　250mm×400mm0.2～0.25mm

　　本例根据推荐经验值，800mm×800mm×10mm的瓷质地砖模具间隙σ取0.25mm。

　　3.2零件的设计

（1）上模芯

　　外形尺寸（长、宽）计算公式为：

　　Ls=L/（1-SO）+2σ

　　式中：

　　Ls―上模芯（长、宽）尺寸

　　L―瓷砖的（长、宽）尺寸

　　SO―产品收缩率

　　上模芯厚度δs依经验确定：

规格在600mm以下的瓷砖取30mm；600mm以上的瓷砖取32～38mm。

上模芯安装方式有两种：

（1）反打，成形瓷砖的背面，背面花纹通常有平面、凸条或者商标等；

（2）正打,成形瓷砖的正面，正面花纹通常有平面、麻面、方格面等。

根据瓷砖正、背面的形状，考虑压机推料架方便推出砖坯，确定采用正打或是反打。

上模芯采用金属材料，在成形表面压制胶片，胶片内充液压油，以均衡砖坯的压制力。

上模芯规格小于150mm×150mm时，为了调整砖坯尺寸，在上模芯与上磁吸板之间增加上模芯垫板，一件垫板通过螺钉固定一件或多件上模芯。

　　本例上模芯形状为正方形，瓷砖背面形状为凹凸斜纹，为方便推出砖坯，上模芯采用反打，上模芯成形表面压制凹凸斜纹的胶片，不使用上模垫板。

　　上模芯尺寸计算：

　　LS=800/（1-0.09）+0.5=879.62mm

　　厚度δS=50mm

　　即上模芯规格为：

879.62mm×879.62mm×50mm。

（2）下模芯

　　下模芯外形尺寸比上模芯小一些，根据经验，瓷砖规格在500mm以下的小1mm，600mm的瓷砖小1.5mm，800mm的瓷砖小2mm。

下模芯厚度可以和上模芯厚度相同。

当下模芯规格小于200mm×200mm时，需在下模芯和下磁吸座之间增加下模垫板，下模芯和下模垫板通过螺钉固定。

　　本例：

LX＝879.62-2=877.62mm；厚度δX=50mm，不用下模垫板即下模芯规格为：

877.62mm×877.62mm×50mm。

若瓷质地砖需要磨边,则要适当增加上、下模芯的外形尺寸。

　　（3）侧板

　　一个模腔有四件侧板，侧板垂直型面形状有阶梯状、斜平面、不规则曲面等。

通常设计成阶级状。

结构如图3所示。

为了出坯的方便和减少破损，侧板垂直成形面的脱模斜度角θ一般设计成1.5°～3.5°；阶级的深度h1一般取0.3～0.5mm；圆角R取3mm左右。

侧板总高度h的推荐经验公式为：

　　h=2×hC+（40～50mm）

　　式中：

hC―储料深度

　　hC=2×δz+3～5mm

　　式中：

δz―砖坯厚度

　　δz=δ/（1-SO）

　　式中：

δ―瓷砖的厚度

　　SO―产品收缩率

　　阶级的位置高度h2推荐经验公式为：

　　H2=δz×（40%～50%）

　　侧板厚度δC一般取25～30mm。

　　本例：

瓷砖厚度为10mm；砖坯厚度δz=10.99mm；储料深度hC=26mm；侧板总高度h=2×26+48=100mm；阶级的位置高度h2=10.99×0.5=5.50mm；侧板厚度δC=25mm。

　　（4）模框

　　模框的最大外形尺寸（长、宽）可从压机参数表查得，但某些型号的压机表中查不到，按经验设计，模框的长度、宽度应小于压机立柱净间距，压机立柱净间距查压机参数表。

　　模框厚度δm=h

　　式中：

　　h―侧板高度

　　本例：

查SITI3608T压机参数表可知，模框的最大外形尺寸长×宽=1700mm×1200mm，δm=25mm。

　　（5）底板

　　底板最大外形尺寸长、宽查压机图纸，应小于压机立柱的净间距、底板孔及孔间距，与压机工作台的图纸尺寸相同，底板厚度与压机的型号、规格有关，推荐的经验值如下：

　　PH650～680Tδd=48～50mm

　　PH980～1600Tδd=55～56mm

　　SITI2805～7208Tδd=55mm

　　YP1000～5600Tδd=55mm

　　KD2800～4800Tδd=55～60mm

　　LAS600～1500Tδd=60mm

　　本例：

查SITI3608T压机图纸,底板外形尺寸（长×宽）=1690mm×1100mm，厚度δd=55mm。

　　（6）推顶板

　　最大外形尺寸（长、宽）要保证下磁吸座放得下，推顶板厚度Ht的确定，按以下推荐经验公式计算。

　　如图4所示：

要算出推顶板的厚度δt，需先算出下模总高度HZ，计算公式为：

　　HZ=H-δg-δs-L

　　式中：

　　HZ―下模总高度

　　H―压机上横梁到工作台的距离

　　δg―上磁吸板厚度

　　δs―上模芯厚度

　　L―上模芯和模框的间距

　　在压机的配套图纸上可查出H、δg、上模芯和模框的最大间距Lmax和最小间距Lmin的值。

　　首先确定开模时上模芯和模框的间距L，要保证压机推料架推出砖坯的空间，即LminZ。

　　推顶板厚度的计算公式为：

　　δt=HZ-δd-δc-δx-hC

　　式中：

　　δt―推顶板厚度

　　HZ―下模总高度

　　δd―底板厚度

　　δc―下磁吸座厚度

　　δx―下模芯厚度

　　hC―储料深度

　　推顶板厚度δt和下磁吸座厚度δc相互分配。

　　本例：

查SITI3608T压机图纸可知Lmax=115mm，Lmin=90mm，取L=100mm，

　　HZ=550-100-35-68=347mm

　　δt=347-55-26-35-δc=231-δc

　　取δt与δc相等，δt=δc=115mm。

　　（7）其它零件

　　下磁吸座外形（长、宽）尺寸比下模芯小5～8mm。

　　卡板安装位置与压机类型有关。

安装在底板或推顶板内,一模多件对称分布或一模一件安装在底板中间。

外形尺寸按经验设计，常设计成圆形、U形等，内部形状尺寸与压机配套图纸相同。

　　支柱、调整垫圈外径一般取φ55～φ60mm，支柱与调整垫圈高度的经验计算公式为：

　　HL=HZ-δm-δd

　　式中：

　　HL―支柱与调整垫圈高度之和

　　HZ―下模总高度

　　δm―模框厚度

　　δd―底板厚度

　　调整垫圈高度一般取30mm，支柱高度可计算得出。

　　上磁吸板外形尺寸略大于上模芯，厚度查压机配套图纸。

防尘套用皮革加钢丝骨架材料，要有足够大小。

　　本例：

下磁吸座的规格为873mm×873mm×115mm；支柱与调整垫圈外径为φ60mm；调整垫圈高度为30mm；支柱高度=347-25-55-30=237mm；上磁吸板的规格为880.62mm×880.62mm×68mm。

　　（8）参数校核

　　校核模具的闭合高度：

Hmin模Z+δs+δg

　　式中：

　　HZ―下模总高度

　　δs―上模芯厚度

　　δg―上磁力板厚度

　　H模=347+35+150=532mm，因此模具的闭合高度符合要求。

　　（9）绘模具总装配图

　　模具的总装配图如图5所示。

　　4结束语

　　上述设计方法是陶瓷墙地砖模具主要零件部分尺寸的一般设计方法，还有许多具体尺寸的设计在此不一一说明了，文中推荐的经验公式和参数是以某厂的经验为例,按此方法设计，实践证明是可行的。

　　参考文献

　　1陶瓷专业委员会.《现代建筑卫生陶瓷工程师手册》[M].北京：

中国建材工业出版社

　　2郑峥嵘.陶瓷墙地砖模具的设计与使用[J].陶瓷，2001，5

　　3中国陶瓷信息资源网,

　　4科达陶瓷机械有限公司.KD1300全自动液压压砖机使用说明书,2001