陶瓷墻地磚模具的設計

摘 要 文章介紹了陶瓷墻地磚模具的基本組成和工作原理，并結合一些企業的實際經驗，以陶瓷墻地磚模具的設計為例，探討了陶瓷墻地磚模具的一般設計方法。

關鍵詞 陶瓷墻地磚模具，設計方法，設計實例

1前言

模具是陶瓷墻地磚生產的重要組成部分，它能使一臺機器成形不同規格、形狀的陶瓷坯體。我國的陶瓷墻地磚模具經歷了一個從國外引進到自主研究開發的過程，至今已實現國產化生產。目前，我國陶瓷墻地磚生產通常采用金屬材料的壓力成形模具，此類模具的設計方法在各種文獻資料中還未有詳細、全面的介紹。因此，模具企業主要是根據自己的實際經驗來進行陶瓷墻地磚模具的設計生產。本文結合一些企業的實際經驗，探討了陶瓷墻地磚模具的一般設計方法。

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構如圖1所示。上磁吸板通過螺釘固定在壓機上活動橫梁上。上磁吸板內繞磁力線圈，通電時產生磁吸力固定上模芯，側板與模框通過螺釘固定。下磁吸座內繞磁力線圈，通電時產生磁力固定下模芯，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，底板與壓機工作臺通過螺釘固定。模框與底板之間的距離通過支柱與調整墊圈調整，卡板安裝位置與壓機的類型有關。圖1是SITI3608T壓機的模具，卡板安裝在底板內，與壓機的頂出機構聯接。

壓機工作時，壓機的頂出機構通過卡板帶動推頂板、下磁吸座和下模芯向下運動，形成一封閉的模腔，粉料經喂料車布入模腔，壓機橫梁帶動上模芯在液壓力的作用下進入模腔。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，進行排氣。然后上模芯一次或者多次下降，進行多次排氣，直至磚坯達到足夠的抗折強度和良好的致密度。壓制結束后，上模芯在壓機橫梁的帶動下，向上運動，下模芯在壓機頂出機構的帶動下，向上運動，頂出磚坯，由喂料機構將磚坯推出，完成一個工作周期，接著下模芯下降，粉料布入模腔，進入第二個壓制周期。

3陶瓷墻地磚模具的設計及實例

規格為800mm×800mm×10mm的瓷質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計方法。

3.1準備工作

（1） 模具設計前，應對產品和壓機設備有詳細的了解，包括瓷磚的品種、規格、厚度、形狀、正反面形狀、側面形狀、壓機的型號、規格、壓制瓷磚的大小、工位數等。

經了解該產品是800mm×800mm×10mm的正方形瓷質地磚。正面為光面，背面為凹凸斜紋，側面為階梯狀。根據現有的壓機型號、規格，選擇SITI3608T壓機。查壓機參數表得知，該壓機可壓制工位為800mm×800mm×10mm的瓷質地磚。

（2） 確定產品收縮率

陶瓷墻地磚生產一般使用硅酸鹽粉料壓制成磚坯后經過煅燒而成，磚坯煅燒冷卻后其線性尺寸和體積都有不同程度的收縮。為了保證產品的實際尺寸和形狀，模具設計時通常采用產品收縮率S_O來進行參數計算，產品收縮率S_O的計算公式為：

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

在生產實踐中，通常根據粉料試燒來確定產品收縮率S_O。根據實際經驗，常用粉料的參考收縮率為：瓷質磚8.5%～9.5%；廣場磚3%～5%；釉面磚0.5%～2%。本例產品為瓷質地磚，產品收縮率確定為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的設定相當重要，它對磚坯的各種缺陷（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格大小有關，理論上可以按下式決定：

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推薦經驗值為：

瓷質外墻磚：0.12～0.18mm

釉面磚：0.15～0.18mm

瓷質地磚：200mm×300mm 0.16～0.18mm

400mm×500mm 0.18～0.20mm

600mm×600mm0.20～0.22mm

800mm×800mm0.22～0.25mm

廣場磚:200mm×200mm以下0.18～0.22mm

250mm×400mm 0.2～0.25mm

本例根據推薦經驗值，800mm×800mm×10mm的瓷質地磚模具間隙σ取0.25mm。

3.2零件的設計

（1） 上模芯

外形尺寸（長、寬）計算公式為：

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—產品收縮率

上模芯厚度δs依經驗確定：規格在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。根據瓷磚正、背面的形狀，考慮壓機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，膠片內充液壓油，以均衡磚坯的壓制力。上模芯規格小于150mm×150mm時，為了調整磚坯尺寸，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。

上模芯尺寸計算：

L_S = 800/（1-0.09）+0.5=879.62mm

厚度δ_S = 50mm

即上模芯規格為：879.62mm×879.62mm×50mm。

（2） 下模芯

下模芯外形尺寸比上模芯小一些，根據經驗，瓷磚規格在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。當下模芯規格小于200mm×200mm時，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格為：877.62mm×877.62mm×50mm。若瓷質地磚需要磨邊，則要適當增加上、下模芯的外形尺寸。

（3） 側 板

一個模腔有四件側板，側板垂直型面形狀有階梯狀、斜平面、不規則曲面等。通常設計成階級狀。結構如圖3所示。為了出坯的方便和減少破損，側板垂直成形面的脫模斜度角θ一般設計成1.5°～3.5°；階級的深度h₁一般取0.3～0.5mm；圓角R取3mm左右。側板總高度h的推薦經驗公式為：

h = 2×hC+（40～50mm）

式中：h_C—儲料深度

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—產品收縮率

階級的位置高度h₂推薦經驗公式為：

H₂=δ_z×（40%～50%）

側板厚度δ_C一般取25～30mm。

本例：瓷磚厚度為10mm；磚坯厚度δ_z =10.99mm；儲料深度h_C=26mm；側板總高度h=2×26+48=100mm；階級的位置高度h₂=10.99×0.5=5.50mm；側板厚度δ_C=25mm。

（4） 模 框

模框的最大外形尺寸（長、寬）可從壓機參數表查得，但某些型號的壓機表中查不到，按經驗設計，模框的長度、寬度應小于壓機立柱凈間距，壓機立柱凈間距查壓機參數表。

模框厚度δ_m= h

式中：

h—側板高度

本例：查SITI3608T壓機參數表可知，模框的最大外形尺寸長×寬=1700mm×1200mm，δ_m=25mm。

（5） 底 板

底板最大外形尺寸長、寬查壓機圖紙，應小于壓機立柱的凈間距、底板孔及孔間距，與壓機工作臺的圖紙尺寸相同，底板厚度與壓機的型號、規格有關，推薦的經驗值如下：

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，按以下推薦經驗公式計算。

如圖4所示：要算出推頂板的厚度δ_t，需先算出下模總高度H_Z，計算公式為：

H_Z=H-δg-δs-L

式中：

H_Z—下模總高度

H—壓機上橫梁到工作臺的距離

δg—上磁吸板厚度

δs—上模芯厚度

L—上模芯和模框的間距

在壓機的配套圖紙上可查出H、δg、上模芯和模框的最大間距Lmax和最小間距Lmin的值。

首先確定開模時上模芯和模框的間距L，要保證壓機推料架推出磚坯的空間，即LminZ。

推頂板厚度的計算公式為：

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類型有關。安裝在底板或推頂板內，一模多件對稱分布或一模一件安裝在底板中間。外形尺寸按經驗設計，常設計成圓形、U形等，內部形狀尺寸與壓機配套圖紙相同。

支柱、調整墊圈外徑一般取φ55～φ60mm，支柱與調整墊圈高度的經驗計算公式為：

H_L= H_Z-δm-δd

式中：

H_L—支柱與調整墊圈高度之和

H_Z—下模總高度

δm—模框厚度

δd—底板厚度

調整墊圈高度一般取30mm，支柱高度可計算得出。

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

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

(8) 參數校核

校核模具的閉合高度：Hmin模

式中：

Hmin—壓機最小閉合高度

H模—模具的閉合高度

Hmax—壓機最大閉合高度

Hmin、 Hmax的值查壓機參數表。

本例：查SITI3608T壓機參數表可知Hmin=450mm；Hmax=660mm。

H模 = H_Z +δs +δg

式中：

H_Z—下模總高度

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 束 語

上述設計方法是陶瓷墻地磚模具主要零件部分尺寸的一般設計方法，還有許多具體尺寸的設計在此不一一說明了，文中推薦的經驗公式和參數是以某廠的經驗為例，按此方法設計，實踐證明是可行的。

參考文獻

1陶瓷專業委員會.《現代建筑衛生陶瓷工程師手冊》[M].北京：中國建材工業出版社

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3中國陶瓷信息資源網，www.ccisn.com

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