陶瓷塑壓成形新技術初探

摘 要：本文系統的介紹了塑壓成形的原理、特點，以及工藝控制方法和配套模具的制作方法。重點闡述了塑壓成形出現的主要問題及解決辦法。經過反復的研究，筆者制作的塑壓模的使用次數可達到1200~1600次，大大降低了生產成本以及延長了模具的使用壽命。

關健詞：陶瓷；塑壓成形；模具；問題

1 引言

塑壓成形機最先在美國陶瓷行業中使用，隨后臺灣陶瓷機械廠開始生產，并在大陸臺商陶瓷廠得到應用。由于國內陶瓷企業因成形工藝控制和模具制作方面的問題，至今尚未推廣應用。筆者在2006年開始使用國產塑壓成形機，經反復試驗，解決了塑壓成形時出現的一系列技術問題，攻克了陶瓷異形產品長期以來未能機械化成形的難題。實現了批量化生產，勞動力大大降低，并提高了生產效率和產品質量。現將塑壓成形技術及應用情況介紹如下。

2 塑壓成形的原理和特點

塑壓成形是以增強石膏為模具，利用液壓靜壓力，把經過真空練泥處理的泥片，壓制成各種形狀的坯體。其原理是：利用泥料的可塑性，對置于石膏模型內的泥餅施加一定的壓力，使泥料延展、擠壓成形，然后將規定壓力的壓縮空氣分別通入特制石膏模的上、下模體中，借助壓縮空氣的作用，將已成形的坯體從石膏模型中頂離，而達到脫模的目的。塑壓成形機如圖1所示。

塑壓成形可代替注漿成形和滾壓成形，特別適宜制作淺型廣口類異形陶瓷產品，且所得坯體的含水量低于注漿成形坯體，其致密度和強度都有較大的提高。具有能成形異形、浮雕產品，器型規整、尺寸精確、表面光潔、坯體密度大、變形小等特點。既有干壓成形的優點，又避免了干壓成形需配套制粉系統、一次投資大的缺點。適合中小陶瓷企業使用，在產品適應性和生產效率上與傳統注漿成形和滾壓成形相比有較明顯的優勢。

3 影響塑壓成形的主要因素及控制方法

經過幾年來的生產實踐，筆者認為影響塑壓成形的主要因素有以下幾個方面。

3.1產品形狀

塑壓成形時，產品的高度越高，形狀越復雜，泥餅受到的阻力越大，所需成形壓力越高，石膏模的使用壽命越短。因此，為使塑壓成形取得滿意的效果，應盡可能使制品形狀簡化。一般來說，為使塑壓成形能順利進行，必須使制品的造型具有適當的斜度，如避免銳角和銳邊，可制成鈍角和圓角；為了防止制品截面厚度突然變化，可以使制品截面厚度自中心向外邊逐漸增厚、下部向上逐漸減薄。不符合上述造型要求的制品則不宜采用塑壓成形。

3.2泥料特性

泥料的特性主要指泥料含水率和可塑性。一般來說，塑壓成形泥料的含水率低，則所需成形壓力高，坯體的致密度較好，但模具易破損。若泥料含水率過高，塑壓成形較易進行，但所得到的坯體表面不光潔，且容易變形，同時易粘模，難脫模。因此，用于塑壓成形的泥料的含水率必須控制在一定的范圍內。筆者在生產過程中經過反復的試驗、摸索，找出最佳的泥料含水率應為21%~24%。

3.3成形壓力

塑壓成形壓力的大小應根據產品器型的大小、厚薄而定。當成形壓力過高時，坯體的致密度較好，但模具易破損。當成形壓力過低時，坯體的致密度較差，易變形。本實驗使用的成形壓力根據產品器形大小控制在4~20 t。

3.4壓縮空氣壓力

塑壓成形必須利用壓縮空氣透過石膏模的毛細孔，將坯體頂離而達到脫模的目的。但壓縮空氣的壓力必須合理控制，壓力過低，坯體難脫模；壓力過高，則坯體易變形。本實驗使用的壓力一般控制范圍為0.5~0.6MPa。

3.5坯體余泥量控制

在塑壓過程中，加泥量對塑壓成形也有一定的影響。加泥量愈多，則塑壓時脫水性愈差，且模具易破損。反之，加泥量過少，則使塑壓成形的坯體填充不足而使坯體致密度降低，甚至產生廢品。因此，加泥量必須根據不同產品控制其余泥量，一般范圍控制在5%~10%。

3.6成形速度及保壓時間

在塑壓過程中，塑壓成形速度愈慢，坯體單位面積承受的成形壓力愈高，加壓停頓時間愈長，則坯體脫水率與致密度愈高。反之，成形速度愈快，則坯體的脫水率和致密度較差。因此，對塑壓成形過程的速度、壓力、保壓時間等技術參數，都必須根據實踐加以控制。

4配套模具制作及保養

為了使塑壓成形獲得理想的效果，模具的制作較為關鍵。塑壓石膏模必須具備透氣性能好、排水暢而均勻、使用壽命長等條件。為達到以上質量要求，在制作過程中必須注意以下幾個方面：

（1） 金屬模框主要是防止石膏模受機械損壞，在塑壓成形時起到上、下模定位作用。金屬模框一般采用鑄鐵或鑄鋼等材料，經機械加工而制成，其大小應根據制品尺寸而定。注意：一般要求模框內邊需離制品外邊60mm以上。（2） 塑壓模的質量在很大程度上取決于石膏的質量和調制工藝。筆者采用的是山東生產的高強度石膏，石膏漿注入模框中約20~35min，然后采用壓縮空氣吹氣，時間持續15min以上。一般制作好的石膏模要放置5~7天才可使用。

（3） 為增加石膏模的強度及延長使用壽命，應在石膏模體內設置鋼筋網。鋼筋網的作用除了可增加石膏模強度外，還可作為模體中通氣軟管的支架。鋼筋的規格一般可選用Ф4mm鋼絲，鋼絲之間的間距為40mm左右，鋼絲網與模型工作面距離為30~40mm。

（4） 通氣管道布置。設置通氣管道可以使壓縮空氣能夠進入石膏模體內，以達到吹氣脫模的目的。通氣管道的材料一般采用透氣性軟管，盤繞成大于制品相似的形狀，并固定在鋼絲網上。通氣管道必須均勻分布，以達到均勻排氣，確保坯體順利脫模。通氣管道盤繞時，相互之間的距離必須大于通氣管道的直徑。通氣管道與模具表面也必須保持適當的距離，才能達到最佳的排氣效果。一般根據制品的大小、厚薄，將通氣管道與模具表面的距離控制在20~30mm，但一定要小于通氣管道到模具背面的距離。并注意通氣管道不要接觸模框，以防排氣失效。

（5） 模具的正確使用和保養。為提高石膏模的使用壽命，因此正確使用和保養塑壓模是完全有必要的。塑壓模如長期不使用，必須妥善保管存放。為了防止通氣管道被閉塞，必須定期吹氣疏通和觀察含水量，在使用前必須檢查模具是否符合要求。

5 塑壓成形的主要難題及解決辦法

筆者采用塑壓成形法生產制品，遇到的主要問題有：一是坯體難脫模；二是模具易破損。筆者經過大量的試驗以及反復的摸索與分析，提出了解決此問題的方法，并取得了良好的效果。

5.1坯體難脫模

由于塑壓成形是利用壓縮空氣穿過石膏模毛細孔把坯體頂離而達到脫模的目的，因此吹氣是脫模好壞的關鍵。同時，泥料的含水量對脫模影響也很大。其解決方法如下：

（1） 改善模具質量。為了達到吹氣脫模的目的，在塑壓成形石膏模體中設置均勻、合理的通氣管道。但如果通氣管分布不均勻，則吹氣不均勻，坯體各部位脫模就會不均勻，必然造成難脫模，甚至坯體變形、開裂等問題。

（2） 吹氣壓力偏低，壓縮空氣不能頂離坯體，達不到脫模的目的。但如果吹氣壓力偏高，壓縮空氣沖力過大，就會導致坯體變形。因此，需采用合理的吹氣壓力，以保證坯體順利脫模。

（3） 為了防止通氣管道被閉塞，在生產過程中，每壓坯100次左右，就需通氣一次以及沖洗模具，保持通氣管道及石膏毛細孔暢通，以確保良好的吹氣效果。

（4） 控制合理的泥料含水量。泥料含水率過高，坯體容易粘模而造成難脫模。反之，則會造成模具易破損。

5.2模具易破損

由于塑壓成形時需使用較高的成形壓力，必然會導致模具容易破損。筆者公司在塑壓成形試驗階段，石膏模只能使用10次左右。為了延長石膏模的使用壽命，可采取以下幾種方法：

（1） 在模體石膏內設置鋼筋網。鋼筋網在石膏模體內起骨架的作用，從而大大提高了石膏模的強度。

（2） 控制石膏模的濕膨脹現象。一般石膏模使用若干次后，會吸濕膨脹，如果膨脹后的厚度超過金屬模框，石膏模就不能受到金屬模框的保護，因而極易破損。石膏模的濕膨脹與石膏模調制過程中石膏與水的配比有關。水量偏低，則濕膨脹率會增大；水量偏高，則會影響石膏模的強度。因此，石膏模制作過程必須控制合理的水量。試驗證明，石膏與水的比例為1.5：1時，效果最佳。

（3） 在石膏模中設置合理的排泥溝。試驗說明，如果排泥溝設置不合理，塑壓成形過程的余泥不能排出，將會造成上、下石膏模局部承受壓力過大，從而造成石膏模的破損。

（4） 控制合理的成形壓力。成形壓力是塑壓成形的一個重要參數，必須根據產品器形尺寸大小進行合理的控制，壓力偏高將會造成模具易破損。

（5） 控制合理的泥料含水率及加泥量。泥料含水率偏低，加泥量偏高，都會造成模具易破損。

6 總結

吹氣壓力合理、通氣管道定期疏通、控制合理的泥料含水量等工藝控制和措施可確保模具順利脫模。在模體石膏內設置鋼筋網、控制好石膏模的濕膨脹、設置合理的排泥溝、控制合理的成形壓力等可確保模具不易破損。經過反復的研究，筆者制作的塑壓模的使用次數可達到1200~1600次，大大降低了生產成本以及延長了模具的使用壽命。

參考文獻

[1] 傅培貴，王樹綮.陶瓷用模具制造[M].北京:輕工業出版社，1984.