衛(wèi)生陶瓷機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用及開發(fā)＊

趙祥來 王福順

（唐山賀祥機(jī)電股份有限公司 河北 唐山 063304）

1 概述

傳統(tǒng)的衛(wèi)生陶瓷成形一直延續(xù)簡陋的設(shè)備——臺式澆注，直到20世紀(jì)80年代初期才通過一些簡單的設(shè)備來降低工人的勞動強(qiáng)度，提高澆注效率，如立式澆注線成形，后來又在立式澆注線的基礎(chǔ)上逐步改進(jìn)為吊鏈提升線，接著部分陶瓷生產(chǎn)廠家又在此基礎(chǔ)上改進(jìn)制造了雙層和三層帶傾斜調(diào)整功能的成形機(jī)（極少數(shù)廠家在用），立式澆注線和吊鏈提升線由20世紀(jì)80年代初至今一直是國內(nèi)衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行大生產(chǎn)的傳統(tǒng)機(jī)械化成形設(shè)備。

2 目前衛(wèi)生陶瓷機(jī)械化設(shè)備應(yīng)用的現(xiàn)狀

衛(wèi)生陶瓷注漿成形的傳統(tǒng)工藝就是將泥漿注入石膏模具中，借助石膏的毛細(xì)管吸力，將泥漿中的部分水分脫離出來而形成坯體，但此方法需要的時間長，效率低，嚴(yán)重制約著生產(chǎn)。為了縮短成形周期，技術(shù)人員對成形時間、泥漿性能、注漿壓力及模型等進(jìn)行改進(jìn)提高。成形設(shè)備的發(fā)展過程為：常壓地攤式→微壓組合澆注（立式澆注線）→機(jī)械澆注（吊鏈提升、三層有傾斜成形機(jī)）。

2.1 臺式澆注（見圖1）

圖1 臺式澆注

臺式澆注所有工作完全依賴于作業(yè)人員的操作經(jīng)驗，不但要求作業(yè)人員經(jīng)驗豐富，且勞動強(qiáng)度較大，工作效率低，坯體還需要進(jìn)行干修。臺式澆注的工藝要求：①澆注泥漿壓力為0.01MPa；②模具為石膏模具，每日澆注1次，依靠熱空氣干燥模具，成形車間的溫度高，粉塵大。

2.2 立式澆注（見圖2）

立式澆注線成形的方法是：模型左右加緊（依靠手動機(jī)械加緊），要求作業(yè)人員經(jīng)驗豐富，但勞動強(qiáng)度較大；出坯效率較高，但坯體需要進(jìn)行干修，成形車間粉塵大。立式澆注工藝要求：①澆注泥漿壓力為0.01MPa；②模具為石膏模具，每日澆注1次，依靠熱空氣干燥模具，成形車間的溫度高。

圖2 立式澆注

2.3 吊鏈提升立式澆注（見圖3）

圖3 吊鏈提升立式澆注

吊鏈提升立式澆注線的啟底模改用吊鏈提升，側(cè)模加緊機(jī)械手動加緊，要求作業(yè)人員的操作經(jīng)驗豐富，勞動強(qiáng)度有所降低，出坯效率較高，坯體需要進(jìn)行干修，成形車間粉塵大。吊鏈提升立式澆注工藝要求：①澆注泥漿壓力為0.01MPa；②模具為石膏模具，每日澆注1次（也可用石膏排水模具，每日可澆注2次），依靠熱空氣干燥模具，成形的車間溫度高。

2.4 三層有傾斜成形機(jī)（見圖4）

三層有傾斜成形機(jī)的所有開模、加緊工作完全使用機(jī)械手動進(jìn)行，澆注角度可以調(diào)整，要求作業(yè)人員操作經(jīng)驗較豐富，勞動強(qiáng)度低，出坯效率較高，坯體需要濕修與干修，成形車間粉塵較大。三層有傾斜成形的工藝要求：①澆注泥漿壓力為0.01MPa；②模具為石膏排水模具，每日澆注6～9次，依靠壓縮空氣排出模具水分來干燥模具，效率有所提高（也可使用純石膏模具，但效率較低）成形車間溫度較低。

圖4 三層有傾斜成形機(jī)

3 衛(wèi)生陶瓷機(jī)械化設(shè)備的開發(fā)

傳統(tǒng)的成形方法占地面積大，生產(chǎn)周期長，每個工作日只能澆注1次，較多依賴工人熟練程度和經(jīng)驗，而且作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度大，不易完全實現(xiàn)機(jī)械化大生產(chǎn)，所以在衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)中未完全實現(xiàn)機(jī)械化的缺陷仍未得到根本的改善。在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，增大泥漿壓力有助于成形速率的提高，即泥漿壓力越大，成形速度越快，這就是高壓成形工藝。通過理論分析和實踐，傳統(tǒng)的成形設(shè)備其效率和機(jī)械強(qiáng)度以及石膏模型受強(qiáng)度的限制，無法滿足高壓注漿成行工藝的生產(chǎn)要求，需要開發(fā)新的機(jī)械化成形設(shè)備，這就是開發(fā)加壓注漿成形機(jī)的依據(jù)。

3.1 加壓注漿成形壓力注漿分類

衛(wèi)生陶瓷采用壓力注漿工藝必須依賴機(jī)械化成形設(shè)備。壓力注漿常分為中壓和高壓2種方式，其壓力范圍并無嚴(yán)格的規(guī)定。通常壓力在0.3～1.0MPa為中壓注漿壓力；1.0MPa以上為高壓注漿壓力。壓力澆注成形的新工藝和機(jī)械化成形設(shè)備相配合具有明顯的優(yōu)越性。傳統(tǒng)注漿需要人工注漿、排漿、固化、人工脫模翻轉(zhuǎn)，因坯體可操作性較差，干燥后才能進(jìn)行坯體表面處理，所以勞動強(qiáng)度大，作業(yè)車間粉塵大，增加了作業(yè)人員患職業(yè)病的風(fēng)險。而采用壓力注漿工藝配合機(jī)械化成形設(shè)備后，注漿、排漿、固化、脫模翻轉(zhuǎn)全部由機(jī)械化成形設(shè)備完成，其坯體可操作性較強(qiáng)，濕坯就可進(jìn)行表面處理和加工作業(yè)，作業(yè)車間加工坯體帶來的粉塵量大大減少，降低了作業(yè)人員患職業(yè)病的風(fēng)險。使用該方法生產(chǎn)的產(chǎn)品表面平整，品質(zhì)均一，使衛(wèi)生陶瓷的澆注周期由傳統(tǒng)方法的數(shù)小時縮短到70min（常壓）和20min（高壓），坯體的脫模含水率比傳統(tǒng)澆注降低2%～3%，且坯體脫模后幾分鐘就可以進(jìn)行后續(xù)加工，而采用傳統(tǒng)澆注方式脫模后需經(jīng)過十幾分鐘甚至更長的時間才能進(jìn)行修坯工序，所以壓力澆注配合機(jī)械化成形設(shè)備易于實現(xiàn)自動化控制。

3.2 我國高壓注漿應(yīng)用現(xiàn)狀

目前國內(nèi)的高壓注漿成形設(shè)備多是在20世紀(jì)90年代初引進(jìn)的（約有35條生產(chǎn)線），多用于生產(chǎn)面盆和水箱，但由于運(yùn)營成本較高和維護(hù)技術(shù)跟不上等問題，致使多數(shù)引進(jìn)生產(chǎn)線停用。

高壓注漿技術(shù)目前在國內(nèi)推廣難度較大，主要有以下幾方面原因：

1）由于高壓注漿設(shè)備與傳統(tǒng)石膏模注漿相比一次性投入較大。

2）我國目前勞動力成本、土地成本相對較低。

3）人們對高壓注漿技術(shù)接觸少，認(rèn)知還不完整，另外前幾年引進(jìn)的國外設(shè)備沒得到很好的利用。

4）許多工廠沒有自己的品牌，品種變換頻繁，對生產(chǎn)效率提高不迫切。

5）部分企業(yè)規(guī)模小，生產(chǎn)的產(chǎn)品屬于中低檔，售價低，因此對采用高壓注漿技積極性不高。

3.3 高壓注漿成形的優(yōu)點

高壓注漿成形的優(yōu)點：高壓注漿成行實現(xiàn)了注漿工藝的自動化，大大減輕了成形操作工的勞動強(qiáng)度；降低了作業(yè)難度；明顯改善了作業(yè)環(huán)境（環(huán)境溫度不超過30℃）。從而降低了招工難度和勞動力成本。每日可開3班，每班可注漿50～70次，模具無需干燥可連續(xù)注漿，坯體強(qiáng)度高（可直接進(jìn)行濕修坯），生產(chǎn)線占地面積小。

3.4 高壓注漿成形原理

高壓注漿成形是一個壓濾過程，利用微孔樹脂模具的過濾作用，借助自動機(jī)械化成形設(shè)備，給泥漿加壓，在較短時間內(nèi)，將泥漿中的水分通過模具進(jìn)行脫水，從而在模具的吃漿面形成一定坯體厚度的過程（見圖5）。

3.5 實現(xiàn)高壓注漿成形的條件

1）相對復(fù)雜的樹脂模型制作方式及配置合格的高壓泥漿（見圖6）。

目前國內(nèi)的設(shè)備、樹脂模具和泥漿配方技術(shù)已非常成熟，并且具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，所用原材料以及泥漿配方用料，除了幾種樹脂材料需要進(jìn)口外，其他的原料在國內(nèi)都可解決，而且泥漿的成本與石膏注漿基本相同。

圖5 高壓注漿成形原理圖

圖6 樹脂模型制作圖

2）合格的加壓（高壓）自動成形機(jī)及操作和現(xiàn)場管理 標(biāo)準(zhǔn)化（見圖7）。

圖7 加壓自動成形機(jī)及操作和現(xiàn)場管理標(biāo)準(zhǔn)化

高壓自動成形機(jī)的所有澆注工作全部由設(shè)定好的PLC程序控制油壓機(jī)械、氣動元件來執(zhí)行，對作業(yè)人員的工作經(jīng)驗要求較低，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化培訓(xùn)就可直接上崗作業(yè)，勞動強(qiáng)度大大降低，出坯率很高，可重復(fù)澆注（55～60次／24h），設(shè)備可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，坯體濕修無粉塵。高壓注漿成形工藝要求：①澆注壓力：低壓為0.24MPa，高壓為1.0MPa；②模具為高壓樹脂模型，可以連續(xù)澆注（55～60次／24h）不需干燥模型，成形車間溫度適宜。

4 高壓成形機(jī)的特點

唐山賀祥機(jī)電股份有限公司于2005年度研制開發(fā)的“衛(wèi)生陶瓷（水箱、面盆、坐便器）高壓注漿成形設(shè)備及其工藝技術(shù)”已經(jīng)連續(xù)使用了6年時間，其技術(shù)性能非常成熟，達(dá)到了業(yè)界領(lǐng)先水平，并取得了3項發(fā)明和22項實用新型專利。目前，高壓注漿成形的連體坐便器已在我公司正式下線。

其高壓設(shè)備全部選用日本SMC氣動元件、進(jìn)口西門子PLC控制系統(tǒng)等，為設(shè)備的性能提供了有效的保證；具有完善的售后服務(wù)，對操作人員專業(yè)的高壓成形技術(shù)指導(dǎo)、培訓(xùn)，讓客戶無后顧之憂。我公司在2011年投資建設(shè)了高壓試驗基地，對高壓設(shè)備及高壓模具進(jìn)行系統(tǒng)研制和開發(fā)。

高壓自動化衛(wèi)生陶瓷設(shè)備的特點：

1）生產(chǎn)效率高。水箱高壓成形機(jī)每10～15min循環(huán)1次，每條生產(chǎn)線配有10套模具，每天可生產(chǎn)960件，生產(chǎn)能力相當(dāng)于普通微壓成形的24倍。盆類每個循環(huán)只需20min每條生產(chǎn)線配有8套模具，每天可生產(chǎn)576件，生產(chǎn)能力相當(dāng)于微壓的13倍。坐便器高壓成形的生產(chǎn)能力相當(dāng)于普通立式澆注線成形生產(chǎn)能力的7倍。

2）占地面積小。因為高壓成形機(jī)的生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通立式注澆線，故同樣產(chǎn)能所需的設(shè)備占地面積更小，可有效降低企業(yè)的用地成本。

3）改善了工作環(huán)境。普通立式注澆線成形需要高溫、高濕環(huán)境，坯體規(guī)整度差，修坯產(chǎn)生的粉塵大；而高壓成形機(jī)只需常溫環(huán)境即可工作，坯體規(guī)整度好，合格率高，不用修坯，減少了粉塵對員工身體的危害。

4）自動化程度高。高壓成形機(jī)采用先進(jìn)的自動化控制和人性化的人機(jī)界面，一鍵式操作，員工經(jīng)過7d標(biāo)準(zhǔn)化培訓(xùn)即可上崗，而普通立式注澆線對員工的技術(shù)要求較高，還需要豐富的操作經(jīng)驗，一般要經(jīng)過半年的培訓(xùn)，才能熟練掌握成形技術(shù)，無形之中增加了人力成本。

圖8 衛(wèi)生潔具成形機(jī)

5）坯體含水率低。高壓成形的坯體含水率為16%左右，而普通立式注澆線坯體的含水率為23%左右，高壓成形減少了坯體干燥的能耗，降低了能源成本，符合國家節(jié)能減排、低碳、環(huán)保的要求。

5 衛(wèi)生陶瓷加壓成形機(jī)械化設(shè)備的發(fā)展前景

1）高壓注漿不僅能夠大幅度的提高生產(chǎn)效率，節(jié)約模具干燥費用，而且還能夠使注漿成形過程標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化、自動化。

2）隨著勞動力市場的用工短缺，衛(wèi)生陶瓷作為勞動密集型行業(yè)必須走自動化生產(chǎn)的模式，要想實現(xiàn)衛(wèi)生陶瓷工廠的整體自動化，高壓注漿設(shè)備是企業(yè)最佳選擇。

3）從長期發(fā)展來看高壓注漿能有效的為用戶節(jié)省投入，并可以改善操作工人的作業(yè)環(huán)境，改變工廠面貌，提升產(chǎn)品質(zhì)量和工廠的檔次，因此高壓注漿的發(fā)展前景十分廣闊。