陶瓷墻地磚模具類型與分析

摘要 鑒于目前陶瓷墻地磚模具的分類不太明確，本文總結了陶瓷墻地磚模具的類型與工作原理，并對各類模具的適用范圍和工作特點進行了對比分析，指出了目前模具研究的不足，并建議我國陶瓷墻地磚模具應加強CAE技術的應用、零部件的標準化和關鍵技術的攻關。

關鍵詞 陶瓷墻地磚模具，類型，分析，建議

1前言

陶瓷墻地磚模具是能生產出具有一定形狀和尺寸要求的墻地磚坯的工具，和壓磚機共同完成粉料的壓制成形。意大利的陶瓷墻地磚及其模具技術位于世界領先地位，我國墻地磚模具則經歷了一個從國外引進到自主研究開發的過程，目前，廣東佛山已成為我國最大的墻地磚及其模具生產基地。

目前國內對陶瓷墻地磚模具的研究報導主要集中在模具常見問題的介紹，如陶瓷墻地磚模具的一般設計方法、影響陶瓷墻地磚模具使用壽命的因素及模具在加工過程應注意的問題、陶瓷墻地磚模具缺陷分析及其解決方法、熱處理工藝對陶瓷墻地磚模具變形開裂的影響、墻地磚壓機模具的粘模及防護分析等[1～4]。另外，有人將化學復合鍍和聚氮酯橡膠應用在陶瓷墻地磚模具上[5～6]，以及開展對等靜壓瓷磚模具和雙浮動瓷磚成形模具的研制等。此外，曾有人對陶瓷粉料恒壓壓型理論的流變學進行了探討和墻地磚坯體的成形壓力及其對坯體質量的影響進行了初步研究[7～8]。綜合前人工作，本文對陶瓷墻地磚模具的類型進行了總結分析并提出了相關建議。

2陶瓷墻地磚模具的類型及其工作原理

2.1 按模框分類

2.1.1 固定模框模具

固定模框模具在工作過程中，其模框是固定不動的，基本結構如圖1所示，工作原理如下：模具在壓磚機帶動下，推頂板、下模芯磁吸座和下模芯向下運動，下模芯和側板形成一個模腔，粉料經喂料機構布入腔內。然后上模芯進入模腔接觸粉料并施加壓力，接著上模芯稍提升松開進行排氣（一般需反復2～3次施壓排氣），直至磚坯達到足夠的強度和良好的致密度。壓制結束后，上模芯向上離開磚坯，下模芯向上將磚坯頂出，并由喂料機構推動磚坯離開模具，完成一個工作周期。

2.1.2 浮動模框模具

浮動模框模具在工作過程中，模框參與運動，通常又可分為半插入式模具、雙浮動模具和蓋模模具。

（1） 半插入式模具

半插入式模具（見圖2）的浮動模框由若干個液壓缸支承。工作時，上模芯下行進入下模模腔，固定在上模邊上的限位塊即與浮動模框接觸，迫使浮動模框下行，并在壓力的作用下，使下模腔中的粉料被壓實成形。

（2） 雙浮動模具

雙浮動模具（見圖3）也稱為上模成形模具，與半插入式模具的區別是：其上模芯周圍有上側板和上模框等部件，粉料壓實成形的過程均在上模腔內完成。雙浮動模具工作時，先裝料于下模腔內，然后上模芯向下運動和下模芯接觸，限位塊迫使浮動模框下行，上模芯繼續向下運動；粉料完全進入上模腔內直至加壓完成，最后，上模芯升起，上下模芯分開，成形坯體留在下模芯平面。

（3） 蓋模模具

蓋模模具與半插入式模具的結構類似，主要區別是：蓋模模具沒有限位塊，且上模芯的橫截面大于下模腔橫截面積，工作時，上模芯下行和下模框及下側板接觸（上模芯不進入下模腔內），迫使浮動模框下行，然后上模芯對粉料加壓成形。

2.2 按模芯分類

模芯包括上模芯和下模芯，是陶瓷墻地磚模具的主要部件，在模具工作過程中，模芯直接與粉料接觸進行壓制成形，且經常與側板發生磨檫，因此，陶瓷墻地磚模具的使用壽命實際上就是模芯的壽命。按照模芯類型，陶瓷墻地磚模具通常分為：鋼模模具、橡膠模具、等靜壓模具和排氣模具。

2.2.1鋼模模具

鋼模模具是最早使用的模具，模芯材料通常采用45鋼或Cr12MoV合金鋼等。

2.2.2普通橡膠模具

普通橡膠模具的模芯是在鋼模表面覆蓋一層具有特殊性能的高分子材料（聚氨酯橡膠）（可參考圖4）。

2.2.3等靜壓模具[10]

等靜壓模具的模芯是在普通橡膠模芯的基礎上發展起來的，模芯結構如圖4，其工作原理是：在橡膠模芯的橡膠片與模芯基體之間注入具有一定壓力的流體介質，并形成一個封閉的液壓腔。由于橡膠片有一定的彈性變形，在壓制過程中，流體介質會將壓強各向均等地傳遞到橡膠片與磚坯的界面上，使被壓磚坯在等靜壓力的作用下發生一定的體積變形，從而實現等靜壓成形。

2.2.4排氣模具

排氣模具的模芯也是在普通橡膠模芯的基礎上發展起來的，其結構如圖5：鑲條與模芯基體之間有一排氣槽（一般為0.3～0.5mm寬，根據墻地磚大小設置排氣槽的長度和數量），排氣槽上端穿過橡膠片，下端與排氣孔相連，排氣模具工作時，壓制粉料與橡膠片接觸，氣體經過排氣槽到達排氣孔，并從模芯基體側面排出。

3分析與討論

3.1 陶瓷墻地磚模具的適用范圍與工作特點

不同類型的陶瓷墻地磚模具的適用范圍和工作特點有所區別，對其進行歸納總結（如表所示），有助于我們對模具的認識并指導生產設計。

3.2 陶瓷墻地磚模具研究存在的主要問題

目前我國陶瓷墻地磚模具的設計生產很大程度上依賴于企業和個人的實際經驗來進行，設計手段比較落后，加上模具企業各自為政，模具主要零部件沒有統一標準，在指導思想上存在重經驗、輕理論的傾向。另外，忽視了陶瓷墻地磚粉料壓制成形的機理研究，缺乏對粉料壓制與模具間相互影響的研究。因此，陶瓷墻地磚模具在質量、可靠性和壽命等方面與意大利等國外模具存在一定差距。

4展望與建議

4.1 計算機輔助工程（CAE）技術的應用

CAE已成為工程、產品結構及力學分析的重要工具，但在陶瓷墻地模具領域的應用還未見相關報導。結合目前陶瓷墻地磚模具技術比較落后的實際情況，有必要利用CAE對陶瓷墻地磚模具及粉料壓制成形機理及壽命預算等問題進行研究，揭示模具的受載特性、運動特性及與粉料壓制成形的相互影響，取得模具的優化設計方案，以提前發現模具缺陷、縮短設計周期、減少模具成本，提高陶瓷墻地磚模具及磚坯質量。

4.2 實現陶瓷墻地磚模具主要零部件的標準化

針對目前陶瓷墻地磚模具的設計生產主要依賴于個體經驗的情況，綜合眾多工程實踐經驗并吸收新的知識，構建陶瓷墻地磚模具CAD/KBE（計算機輔助設計/知識工程）系統[11]，包括陶瓷墻地磚集成信息建模、模具決策方案擬定與評價，以及知識庫系統建立與管理等來實現模具設計智能化及主要零部件（上模芯、下模芯、側板、模框、推頂板和底板等）的規范化和標準化。

4.3 開展關鍵技術的攻關研究

目前，不同類型的陶瓷墻地磚模具均是優缺點并存，某些問題已制約了模具的發展，因此有必要進行深入的研究，突破一些關鍵技術，如：不粘粉料鋼模模芯表面技術和等靜壓模具流體防泄漏技術等。

注：本文受佛山市科技發展專項資金項目“陶瓷墻地磚粉料壓制成型機理CAE分析及其模具設計KBE系統構建” 資助（項目編號：200701004，主持人：向衛兵）。

參考文獻

1 熊九成.2006中國陶瓷產區格局：此消彼長，百花齊放[N].陶城報，2006，12

2 王艷春.陶瓷墻地磚模具的設計[J].佛山陶瓷，2006，7

3 賈玉寶.陶瓷墻地磚模具及其對質量產生的影響[J].陶瓷，2005，7

4 李靈風.控制墻地磚模具變形、開裂的合理工藝[J].河北陶瓷，2001，29:3

5 劉彗平.化學復合鍍Ni-P.PTFE在陶瓷模具上的應用[J].電鍍與環保，2006，26:6

6 王 敏.聚氮酯橡膠在墻地磚陶瓷模具中的應用[J].陶瓷科學與技術，2004，4

7 肖任賢.陶瓷粉料恒壓壓型理論的流變學探討[J].中國陶瓷工業，2001，8：3

8 蔡祖光.墻地磚坯體的成型壓力及其對坯體質量的影響[J].中國陶瓷工業，1996，1

9 P.G.Bezdenezhnykh.A method of forming of ceramic parts，equipment，mechanization，and automation of production.UDC 666.3.032.6

10 張良斌.等靜壓陶瓷磚模具的優化設計[J]. 佳木斯大學學報，2004，4

11 J A Penoyer．Knowled ge based product lift cycle systems：principles of integration of KBE and C3P[J].Computer-Aided Design，2000，32