特大件高效節(jié)水噴射虹吸掛式坐便器的研制*

王同言

(唐山北方瓷都陶瓷集團有限責任公司 河北 唐山 063020)

前言

隨著我國對外貿(mào)易的不斷發(fā)展，出口到北美市場的坐便器產(chǎn)品除了對功能要求不斷提高外，對產(chǎn)品的型號、尺寸等也提出了新的要求。一方面，管徑較粗的節(jié)水型虹吸式坐便器(尤其是4.8 L高效節(jié)水型的噴射虹吸式坐便器)深受用戶的喜愛。這種坐便器的用水量遠低于國家標準GB 6952-2005規(guī)定的節(jié)水型坐便器6 L的用水量，同時排污功能強勁，管徑粗不易堵塞，有良好的節(jié)水、沖刷功能效果。另一方面，據(jù)北美市場客戶需求，要求開發(fā)生產(chǎn)一種尺寸、體積較大(長×寬×高=675 mm×441 mm×361 mm)的掛式坐便器。 該坐便器的結構形式為噴射虹吸式、粗管徑，對用水量和排污功能要求很高，且有2種進水方式(上進水和后進水)，這給開發(fā)生產(chǎn)帶來很大的難度。像這種超大尺寸、結構復雜、功能要求高的掛式坐便器，以前公司從未研發(fā)過同類產(chǎn)品。以往我們開發(fā)生產(chǎn)出口到歐洲市場的掛式坐便器都是體積小(一般長×寬×高=500 mm×360 mm×360 mm)，結構簡單的沖落式結構，開發(fā)生產(chǎn)難度較小，排污功能要求的也較低。但是，我們將要開發(fā)的特大件掛式坐便器為高檔、高附加值的產(chǎn)品，其售價要比普通坐便器的售價高60%，所以必須開發(fā)成功并承接出口定貨。我們具有多年開發(fā)生產(chǎn)節(jié)水型坐便器的成功經(jīng)驗，新產(chǎn)品的成功開發(fā)對于企業(yè)技術進步，滿足客戶需求，開拓國際市場，提高市場競爭力，增創(chuàng)企業(yè)經(jīng)濟效益，都具有重要的意義。

1 開發(fā)目標要求

我們所開發(fā)的產(chǎn)品是根據(jù)客戶定貨提供的外型圖紙(見圖1)以及功能指標來開發(fā)的。該產(chǎn)品的基本要求是：

1)產(chǎn)品為掛式坐便器，外型相同，但有兩種進水方式。

2)坐便器的外型尺寸為：長×寬×高=675 mm×441 mm×361 mm；便器蓋長度(A1)為470 mm，為加長型；坐便器高度為361 mm。

3)坐便器的排污形式為墻排式。

4)產(chǎn)品的結構形式為噴射虹吸式。

5)水封面積要求在100 mm×85 mm以上。

6)用水量要求為≤4.8 L。將直徑為19 mm小球，放置100個，排出≥85個；味增(豆泥模擬便條)通過≥7條(≥350g)。

7)管徑應至少通過直徑為46 mm的檢測球體。

8)防濺水實驗：不能超過5個水點，最大點直徑不能超過3 mm。

9)承重實驗：不低于225 kg。

10)其它性能指標符合國家標準GB 6952-2005的規(guī)定。

圖1 坐便器的外型尺寸

2 技術思路

1)設計并制作出一個優(yōu)良的管道十分重要。排污管道是坐便器的主要組成部分，其對用水量、排污功能有重要的影響。對管道的結構(管道的直徑、長度、彎曲度、管道上下粗細比例)進行科學合理的設計，解決了管徑變粗與用水量之間的矛盾，實現(xiàn)管徑既粗又節(jié)水。

2)管道結構采用合理的流體動力學設計。虹吸產(chǎn)生時虹吸管道兩端封閉產(chǎn)生虹吸動力，而虹吸管道中間部分則是水和氣的混合體，從而減少了用水量，增加了水的流速，達到節(jié)水并快速產(chǎn)生虹吸的效果。

3)對坐便器的整體結構進行優(yōu)化設計。對盆腔的形狀、彎口的造型，布水孔的位置、大小、數(shù)量、角度，水箱水位高度等，進行合理配置，使坐便器達到最佳的節(jié)水效果。

4)改進管道施釉工藝方法及管道施釉所用釉料配方，使釉面盡早地?；?，使管道順滑，便于固體廢物的排出。

3 研究的主要內(nèi)容

3.1 管道結構設計

客戶提出管道至少通過46 mm的實體球。我們?yōu)榱诉_到這一要求，加大管道的富裕量，將管道通過50 mm的實體球作為內(nèi)部控制指標。這給開發(fā)生產(chǎn)帶來了很大的困難。據(jù)多年開發(fā)節(jié)水坐便器的經(jīng)驗：虹吸式坐便器的管道每加粗5 mm，要達到同樣的沖水效果至少需要多消耗1 L水，可見管徑加粗與節(jié)水是一對矛盾。我們參考目前大生產(chǎn)中排污功能優(yōu)良產(chǎn)品的管道，尤其是粗管徑坐便器排污良好的彎管結構，并以此管道為制作基礎。同時，我們精心設計、計算、制作標準化管道。確保管道的前部最粗處直徑(106 mm)和后部最窄處直徑(81 mm)比例為1.31∶1.00。成品內(nèi)徑為55 mm，管道能順暢通過直徑50 mm的檢測球體。

3.2 坐便器整體結構設計

雖然管道設計是主要的，但與其配套的盆腔鍋型，彎口的形狀，布水孔大小、數(shù)量及角度，水箱的結構等決定著功能的最佳匹配效果。經(jīng)過多次反復試驗，我們找到了最佳的組合方式：坐便器的進水口通道由以往的“深”改為“淺”；盆腔結構做到順滑，以使水流直對彎口；改變彎口形狀以往坐便器的“短、寬、深”為“長、窄、淺”。以上措施為實現(xiàn)坐便器的高效節(jié)水創(chuàng)造了條件。

3.3 附水道的設計

以往普通坐便器的附水道與水圈相連，斷面面積大，路徑長，沖力小，水流速度緩慢，不僅用水量大，而且虹吸產(chǎn)生的也較慢，故消耗水量大。而我們開發(fā)的產(chǎn)品的附水道的設計獨特：附水道單側單獨給水，與水圈水分離；附水道斷面面積小，路徑短，水流沖力大，速度快，從而減少了用水量，滿足噴射孔快速噴水和虹吸管道快速產(chǎn)生虹吸的要求。

3.4 水圈和附水道水量分布設計

水圈與附水道的下水量按照合理比例調(diào)配非常關鍵，對沖刷、節(jié)水、排污有著重要的影響。調(diào)配不好很難達到良好的節(jié)水和沖刷排污效果。水圈和附水道單獨設計，一部分水(少量水)用于沖刷；另一部分水(大量水)用于排污，兩者互不影響。我們根據(jù)當前生產(chǎn)成熟的布水孔大小、數(shù)量、角度及分布方式進行反復試驗，布水孔由原來的“大孔直徑為7 mm、數(shù)量28個”改為“小孔直徑為2 mm、數(shù)量16個”，角度全部為30°～35°。噴射孔的直徑由28 mm縮小到12 mm。經(jīng)測算和驗證，水圈和附水道的用水量按2∶8分配，滿足了大、小水量排污沖刷的要求。

3.5 管道施釉問題

我們對現(xiàn)用的管道施釉的釉料配方進行了調(diào)整。使用生產(chǎn)普通產(chǎn)品的釉，?；Ч焕硐耄艿啦还饣?，致使實體球經(jīng)過管道時有堵塞現(xiàn)象。釉料配方調(diào)整后，經(jīng)管道施釉試驗表明，管道非常光滑，利于實體球順暢地通過；我們還對管道施釉工藝進行了改進，要求施釉時釉漿在管道內(nèi)至少停留3～5 s，并且將釉漿容重提高到1.35～1.45 g/cm3，釉漿要到達盆腔的一半部位，以保證管道全部充滿釉漿。施釉完成后專人負責將盆腔內(nèi)的多余釉漿擦去，以免造成滾釉缺陷。

4 開發(fā)試驗解決的主要關鍵技術

4.1 解決附水道崩裂問題

試驗初期，由于附水道三角區(qū)部位從胎型上設計不合理，間隙過大，造成泥漿不能控出，致使此部位存漿，導致在干燥過程中開裂、崩裂嚴重。經(jīng)過對模型微處理，把模型三角區(qū)部位變窄卡死，使泥漿順利排出，不再存漿并產(chǎn)生崩裂、開裂現(xiàn)象，很好地解決了存漿、崩裂問題。

4.2 解決支撐筋問題

由于掛式坐便器在燒成過程中需要立裝，且由于本產(chǎn)品的造型特點，支撐筋在保證造型和產(chǎn)品外型尺寸方面起到很重要的作用。開發(fā)試驗初期，由于支撐筋模型的設計問題，致使坯體過厚、棱角太直：一是造成成形不密實，燒成時易產(chǎn)生氣泡；二是產(chǎn)生大量的滾釉缺陷。在胎型上采取措施，將此部位坯體減薄，同時棱角處改為圓弧形，即可成功地解決氣泡現(xiàn)象，坯體不密實以及生產(chǎn)中出現(xiàn)大批滾釉問題。

4.3 解決底盤崩裂等問題

掛式坐便器安裝在墻面上使用，需要承受一定的質量，同時底盤上孔眼多、尺寸要求精確。試驗初期，掛座底盤存在許多問題：一是為了便于注漿和回漿，產(chǎn)品上沿部位通道為雙面吃漿，且設置1個注漿管，這就導致存漿崩裂和產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。我們通過仔細研究設計，通道由雙面吃漿改為單面吃漿，注漿管由1個增加為3個，成功地解決了以上問題；二是底盤為增大強度，設置了許多單面吃漿的加強筋。由于加強筋寬度、斜度不夠、成形時濕坯脫模易破裂，導致坯體成形合格率低。我們通過把加強筋加寬，并設計一定的角度，解決了此問題，同時有利于提高掛式坐便器的承重量；三是試驗初期，底盤法蘭盤由于設計問題，底盤深度(23 mm)太深，不符合標準要求。經(jīng)在胎型上加以修改，改為16 mm，滿足15～17 mm的標準要求。

4.4 解決濺水問題

開發(fā)試驗初期，圈眼設置確定直徑為2 mm扎子16個、角度為30°～35°，鍋內(nèi)噴射孔部位有二等臺階，出現(xiàn)了嚴重的噴水、濺水、甩水現(xiàn)象，不能滿足客戶要求。我們通過反復試驗，將噴射孔部位的二等臺階去掉，并將圈眼數(shù)量增加到24個，直徑為2 mm扎子不變，角度改為70°，成功解決了濺水等問題，同時排污沖刷功能達到優(yōu)良。

通過以上措施，產(chǎn)品質量合格率由最初的37%提高到80%以上，投入大批量生產(chǎn)。

5 生產(chǎn)工藝參數(shù)

5.1 坯用原料

坯用原料化學成分、坯料配方的化學成分見表1和表2。

表1 坯用原料的化學成分(質量%)

表2 坯料配方的化學成分(質量%)

坯式：

5.2 釉用原料

釉用原料化學成分、釉料配方的化學成分見表3和表4。

表3 釉用原料化學成分(質量%)

表4 釉料配方的化學成分(質量%)

釉式：

5.3 主要工藝控制參數(shù)

5.3.1 泥漿物理性能

容重:1.785～1.805 g/cm3;細度:2.2%～2.6%(萬孔篩余);流動度:5′30″～6′40″;厚化度:1.20～1.32。

5.3.2 釉漿物理性能

容重:1.795～1.815 g/cm3;細度:0.25%～0.45%(400目篩余);流動度:55″～1′40″;吸干速度:18～20 min。

5.3.3 石膏模型參數(shù)

采用混合石膏粉制模，水膏比例為1.0∶1.4，攪拌時間為2～3 min,模型經(jīng)50 ℃干燥后使用。

5.3.4 成形控制參數(shù)

成形室內(nèi)溫度：白天27～32 ℃，夜間32～37 ℃；

相對濕度：50%～60%；

吃漿厚度：雙面部位 11～12 mm，單面部位 7～9 mm;

微壓鞏固壓力：0.015～0.02 MPa,微壓鞏固時間:20～40 min;

干燥周期：7 d;

半成品刷坯時水分小于2%。

由于本產(chǎn)品的圈眼小(直徑2 mm)，為防止堵塞，故刷坯后逐件逐個需疏通圈眼。

5.3.5 燒成控制參數(shù)

最高燒成溫度1 200～1 208 ℃；進車速率：16～19 min/車；

產(chǎn)品裝窯：后面墊起15°角，向前傾斜。

5.3.6 生產(chǎn)工藝流程(見圖2)

5.4 坐便器功能檢測結果

產(chǎn)品檢驗執(zhí)行GB 6925-2005 《衛(wèi)生陶瓷》國家標準，經(jīng)國家輕工業(yè)陶瓷質量監(jiān)督檢測唐山站檢測，完全符合國家標準以及客戶定貨標準要求(主要指標見表5)。

表5 掛式坐便器檢測結果

表5中檢測數(shù)據(jù)表明，本項目產(chǎn)品的排污功能等指標比國家標準和客戶定貨要求有顯著的提高。該產(chǎn)品虹吸作用產(chǎn)生的早，虹吸作用時間短，補水量小，用水量少，抽力大，污物排出徹底，特別是粗管徑能從根本上杜絕坐便器的堵塞問題。模擬便條試驗達到并遠高于美標HET(高效節(jié)水)標準要求。

6 結語

本項目通過對坐便器整體結構進行優(yōu)化設計，對水圈和附水道的下水量按照合理比例調(diào)配，從而減少了用水量，增大了水的流速，達到節(jié)水并快速產(chǎn)生虹吸的效果；同時對布水孔大小、數(shù)量、角度及分布方式進行了深入的研究，對管道施釉的工藝操作及管道施釉用釉料配方進行了調(diào)整，成功研制出了粗管徑(實體球通過50 mm)，用水量僅4.8 L的特大件高效節(jié)水型噴射虹吸掛式坐便器。該產(chǎn)品集粗管徑(過直徑50 mm球)、超節(jié)水(4.8 L)、噴射虹吸式、組合立澆生產(chǎn)、體積大于一體，解決了諸多成形技術問題，產(chǎn)品的合格率大幅提高。不僅滿足了美國、加拿大市場客戶訂貨要求，也為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

圖2 生產(chǎn)工藝流程