面向“福文化”設計的一種異形智能滾壓機的研發(fā)及應用

文/林國枝

面向“福文化”設計的一種異形智能滾壓機的研發(fā)及應用在原有的滾壓機的基礎上融入電腦智能控制板，通過改進上下模的轉速，使其旋轉的角速度一致，讓機器操作更加方便、快捷。該技術不但可以降低陶瓷生產成本、提高工作效率、節(jié)省空間，還可以實現(xiàn)多邊形、異形的滾壓成型，在陶瓷成型技術領域實現(xiàn)革命性變革，助力陶瓷產業(yè)生產方式自動化、智能化。

異形智能滾壓機科學意義

傳統(tǒng)滾壓機成型原理是柔軟的泥土塊在上模（尼龍耐磨材質）和下模（石膏外形）之間的縫隙之間，泥土塊經過上下模具旋轉擠壓成型的一種成型工藝。傳統(tǒng)滾壓成型機滾壓出來的產品主要是圓形的。異形產品比較難滾壓脫模，大大限制了產品造型的多樣性。傳統(tǒng)的注漿成型生產效率低下，加上人工成本較高，極大限制了產品生產速度。異形智能滾壓機主要在原有滾壓機的基礎上融入電腦智能控制板，通過改進上下模的轉速，使其旋轉的角速度一致，讓機器操作更加方便、快捷。該技術不但可以降低陶瓷生產成本、提高工作效率、節(jié)省空間，還可以實現(xiàn)多邊形、異形的陶瓷制品的滾壓。陶瓷異形滾壓的價格往往比傳統(tǒng)滾壓的造型價格高出好多倍。

異形陶瓷智能滾壓機的使用不但可以大幅度降低工人的勞動強度，而且可以大幅度提高陶瓷滾壓的生產效率。當代現(xiàn)有陶瓷滾壓自動化生產線，從工人把工廠運輸過來的泥土放到架子上，采用自動升降的方式把陶土重新煉泥輸送到泥土紅外線定量切割機，根據(jù)事先設置好的量進行切割，再由輸送設備放置陶瓷模具中，進入下一個滾壓成型工序，在磨具邊緣放置一把切割到，壓制陶瓷產品時把多余的泥土切割下來，輸送到指定的容器進行回收，壓制的陶瓷成品由輸送帶送到下一個環(huán)節(jié)，在輸送過程中，為了陶瓷坯體更好取，往往會有加熱烘干裝置，通過烘干裝置可以把坯體烘干到可以取拿的狀態(tài)，再由取坯裝置機器吸取到轉盤上進行修坯環(huán)節(jié)，這個階段同通常每個陶瓷制品會有一個空位，底座還可以轉動，修坯過程，將滾壓成型的陶瓷制品放置好之后，啟動陶瓷制品邊緣的擦水設備裝飾將陶瓷邊緣的雜質清理干凈，讓整個陶瓷產品表面更加光滑，質量更高。

完成以上工作，陶瓷制品即可進入晾干環(huán)節(jié)，工人往往只需從輸送平臺把陶瓷制品坯拿取放到帶輪子架子的平板上。待晾干之后就可以進入陶瓷制品生產的另外環(huán)節(jié)。滾壓成型的方式也有一些程序需要改:一是環(huán)形自動輸送線需要循環(huán)輸送，滾壓成型后的陶瓷產品坯體還不能直接輸送到下一個生產工序，需要工人拿到架子上進行晾曬，這樣就需要設置晾曬場地，還得反復搬；二是除去需要滾壓成型生產場地，還另外需要晾曬場地，占地面積大，對于生產場地要求；三是不能完全實現(xiàn)陶瓷制品自動化生產，仍然需要陶瓷工人一些輔助搬；四是陶瓷滾壓成型設備滾壓成型過程中，環(huán)形自動生產線其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題整條生產線就必須停止，生產速度受限于滾壓成型的速度以及環(huán)形自動輸送線輸送速度。

異形智能滾壓機國內外發(fā)展現(xiàn)狀

當下陶瓷生產方式利用陶瓷機械自動化生產不多，大部分半手工設備仍處四五十年代代的水平，很多都是用半自動化方式來生產，比如傳統(tǒng)的滾壓成型，要把較干濕的泥土放置滾壓模具中，滾壓頭滾完產品造型，還得手工從模具中取出產品。每天這樣反復工作，工人的勞動強度大，工作很累，一般的工人根本吃不消，特別是新時年輕人人根本不愿意從事這種重復性的工作，因此勞動力短缺，企業(yè)招工困難。

在生產方面，工廠效率低，生產和勞動力成本高，生產日用陶瓷產品單價原本就不高，所以企業(yè)發(fā)展困難重重，很多陶瓷生產企業(yè)都是處在保本或虧本運作，只維系最基本的生活保障。

滾壓成型是一種陶瓷坯體的成型方法，滾壓成形由旋壓成形發(fā)展而來，采用旋轉塑形代替型刀作為主要成形部件，與模膜成形比較相似。現(xiàn)有的滾壓成型機需要由人工操作，通常人工拾取泥料放入成型模具中，再將成型模具轉移至塑形臺，由滾壓機進行滾壓成型。這種滾壓機的使用過程中存在一定的缺陷，如人工取料無法保證泥料份量統(tǒng)一，如人工操作流程反復，容易產生疲勞，持續(xù)性差，人工成本高。這些無法形成智能化生產流程，限制著生產企業(yè)的發(fā)展。

異形智能滾壓成型是由旋坯成型發(fā)展而形成的新型滾壓工藝。把旋坯成型的樣板刀改變?yōu)榧忮F形或圓柱形的回轉一體滾壓頭。滾壓成形時，盛放著泥料的模型和滾壓頭分別繞自己的軸線以確定旋轉速度。根據(jù)滾壓頭的轉動方向，將塑性泥團進行“滾”和“壓”而延展形成具有一定形狀的坯體。目前市場上滾壓成型的方法，按照模型的形狀區(qū)分，有陽模滾（外）和陰模滾（內）兩種。按照滾頭的溫度來區(qū)分，有熱滾壓和冷滾壓兩種。

陽模滾壓一般適應于盤、碟等扁平類器物或者內表面飾有花紋的器皿成型。用陽模滾壓的坯體，坯體是由模型進行支承，坯體干燥時收縮均勻，既可以減少變形又可以不必翻模，滾壓成型后可以直接進行干燥。這種滾壓成型方式要求泥料不能過多的水分份，主軸轉速不宜太快，這樣才能便于泥料展開，同時又不至于因離心力的作用而把泥料甩開。日常滾壓大件產品時，通常都是先將泥料進行預（旋），使?jié)L壓機滾壓時容易沿模型下彎和延展，從而滾壓成型所需要的坯體結構。

另外一種陰模滾壓，通常適用于碗、杯類產品的滾壓成型。這種滾壓方式由于泥料受模型的承托和限制，主軸轉速可適當快些，滾壓成型過程比較不受泥料的可塑性和泥料水份的限制。

異形智能滾壓機研究內容

當下陶瓷市場正在逐步走向中高端，工廠生產的產品的要求更加精細化。滾壓又是陶瓷坯體快速成型的一種工藝。比如一套陶瓷茶具有4—5 種器型，用1 臺滾壓機來生產1 套陶瓷茶具，需要更換上下模具至少4 次。當廠家需要滾壓成型拇指大小的產品時，傳統(tǒng)的滾壓機占用面積太大，還需要頻繁更換上模模具，造成產能浪費、生產效率低下。介于小型的異形智能滾壓機優(yōu)勢，在市場的占有非常重要的地位，有非常大的市場發(fā)展空間，根據(jù)市場發(fā)展要求，主要從以下幾方面進行研究。

不同土質陶瓷小配件滾壓成型所需最小的壓力、轉速、力矩

不同土質陶瓷小配件滾壓成型所需最小的壓力、轉速、力矩是不相同的。比如陶瓷小茶杯一般只有幾厘米，在生產這種小型的杯子時，需要的壓力、轉速和力矩較小，只需要用小型的智能滾壓機就能成型，大大節(jié)省了空間。在產品成型方面，用這種小型的滾壓機也能滾壓出所需的杯子造型。茶壺球王，蓋碗的蓋粒（僅有拇指大小10mm—20mm）。

研究非圓形的滾壓機制

非圓形的滾壓模主要包括上模軸和下模軸的適合夾角角度，在開模具的過程中主要考慮上模模具和下模磨具在產品實際的成型過程中如何讓上下模相對角度保持一致。只要上下模的角度相對保持一致，在產品滾壓時才能很好地滾壓成型。上下模同向同行在滾壓過程不但能很好成型，而且能滾壓出異形的造型。異形造型的滾壓成型工藝主要是上下模磨具吻合角度和材料的塑性移動滾壓加工成各種形狀復雜異形陶瓷制品。

異形滾壓機的工作原理是線接觸，一般磨具動力較小，可以連續(xù)工作，在工作過程中，異形智能滾壓可以自動啟動消切工藝，把多余的部分切割掉，用這種方式不僅節(jié)約材料，還大大節(jié)省勞動成本，陶瓷制品的質量不但品質高、質量相對穩(wěn)定，用異形智能滾壓的生產方式還解決了很多傳統(tǒng)滾壓成型無法解決的生產工藝，這種滾壓工藝適合加工尺寸較長，而且數(shù)量多難于加工的陶瓷制品，采用這種工藝解決了很多傳統(tǒng)很難滾壓的造型，經濟效益也最為可觀。

通過采集的數(shù)據(jù)，對直線運動的上下Z軸、左右X 軸進行選型

計算推力1=Fx0.008/2πx80% F=628N 換算成可以推動物品的重量：重量=628/GXf （f 為摩擦系數(shù)）≈30KG 即1NM直線步進電機的推力為628N，可帶動大約30-40KG 物品。所以3NM 的86 步進電機（或者80 伺服電機）推力約為90—120KG.中間還可以增加減速電機從而增加推力。

可以有以下兩種方式組合選型：一是3Nm 的86 步進電機，2005 滾珠絲桿，20 的滑塊；二是3Nm 的80 伺服電機，2005滾珠絲桿，20 的滑塊。

上下模具的旋轉軸電機初步定80 伺服電機。

針對異形的產品通過模擬的形式對上模成型夾具進行3 維設計

設備：win 系統(tǒng)電腦，軟件：Rhino 6 或pro/E 和Solidworks三維設計軟件。Rhino 6 或pro/E 主要對上下模進行三維設計建模，而Solidworks 則負責將建立好的上下模具模型放入到滾壓機數(shù)字模型中進行運動模擬。

針對異形的產品下摸具成型工藝，對下模具和滾筒之間快換和定位的結構設計，重點在于直立滾壓機的上下模具制作，上下模具首先需要考慮快裝和定位，上下模具都需要至少1 個垂直于旋轉軸的定位基準面。

異形智能滾壓機特色與創(chuàng)新

傳統(tǒng)滾壓機在生產18mm 左右的產品時需要停機才能取出模具。異形智能滾壓機是直立型的結構滾壓機，可以避免要停機才能取模具的問題。上模采用直立型會使結構更加緊湊，機械更不占用地面空間。直立形式的滾壓機在結構上更加靈活，甚至在后期可以做到1 機多用。比如：車土坯外形，修杯子底足等等，在工作過程中這些功能都可以通過電腦程序控制面板來實現(xiàn)。大大增加了智能滾壓機的適用范圍，提高了滾壓效率，滿足市場的不同需求。

建立針對日用陶瓷自動化生產設備，圍繞陶瓷異形智能滾壓修坯機器的關鍵技術開展圍繞智能滾壓關鍵技術的分析，在智能滾壓關鍵技術發(fā)展趨勢的基礎上，集成先進的氣動、液動、工業(yè)機器人、微機數(shù)控技術，研究設計出取代傳統(tǒng)滾壓成型機機械變速和凸輪控制的模式，柔性地設定影響成型效率和質量的諸多工藝參數(shù)，使陶瓷成型生產實現(xiàn)自動化、智能化，形成自主知識產權的核心技術，形成產業(yè)競爭優(yōu)勢。

異形智能滾壓成型生產線可以設置多種配置，以連續(xù)操作沖壓和切斷零件。為了將零件切割成一定長度，可以將生產線設置為使用預切割模具，其中單個坯料穿過軋機，或使用后切割模具，在輥軋成型過程后切割輪廓。可以通過在滾軋成型線中沖壓，在孔、凹口、壓花或剪切形式中添加特征。這些零件特征可以在預沖壓應用（輥成型開始之前）、中線沖壓應用（輥成型線/工藝中間）或沖壓后應用（輥成型完成后）中完成.一些輥軋成型線僅包含上述沖壓或切割應用中的一種，而另一些則將部分或全部應用整合到一條線上。

異形智能陶瓷制品滾壓機，由機座、前后滑動支架裝置、滾頭上下滑動裝置、傳動裝置以及模頭裝置組成，其特征在于前后滑動支架裝置包括安裝在機座上的前后導軌座，前后導軌座的兩邊設有橫向設置的直線導軌，直線導軌上配有滑臺，滑臺上設有立式框架，立式框架的一側設有前后滑動拉桿，前后滑動拉桿的末端連接有調整塊，調整塊上連接有前后滑動擺桿，前后滑動導軌座上還設有支撐板，支撐板的兩側分別插入有螺栓，螺栓穿過支撐板后套有彈簧圈且與立式框架的底部連接，螺栓的端部裝有墊片套，立式框架的正面還設有縱向設置的直線導軌；滾頭上下滑動裝置包括安裝在縱向設置的直線導軌上的滑臺，滑臺上設有上下滑動的支架，支架上設有滾壓減速機，滾壓減速機的下端通過轉軸連接滾壓頭，滾壓減速機通過電機驅動，支架的后端還連接有縱向設置的上下滑動拉桿，上下滑動擺桿的一端與上下滑動拉桿的下端連接，其另一端與機座活動連接，上下滑動擺桿的中部設有滾輪，立式框架的上端設有滑輪，滑輪上設有鏈條，鏈條的一端與上下滑動的支架連接，其另一端與平衡鐵板連接；傳動裝置包括傳動軸，傳動軸的一端連接渦輪蝸桿減速器的輸出端，其另一端連接在軸承上，傳動軸的中部設有前后滑動凸輪、上下滑動凸輪；模頭裝置包括石膏模鋁套，石膏模鋁套的下端通過傳動軸與皮帶輪連接，皮帶輪通過電機驅動，模頭裝置通過支撐套固定在機座上。

目前，傳統(tǒng)的陶瓷坯滾壓成型設備，采用電機驅動石膏模桶的轉軸轉動，由于每次完成陶瓷坯的成型后，通常采用剎車裝置讓石膏模桶停止轉動，因此經過長時間的工作后，剎車裝置容易損壞，導致陶瓷坯滾壓機需要每隔幾個月就停止工作，更換新的剎車片。此外，石膏模桶成型后需要進行修邊等精加工，而加工產生的廢泥容易進入滾壓機內，導致各部件損壞，也導致陶瓷坯滾壓機常常需要停機清理廢泥，對各部件進行檢修或更換。

異形智能滾壓包括機架、石膏模桶、陶瓷坯修邊裝置、石膏模桶驅動裝置、滾壓裝置、滾壓裝置位置調整機構，滾壓裝置位置調整機構安裝在機架上，滾壓裝置安裝在滾壓裝置位置調整機構上，石膏模桶可轉動地安裝在機架前端中部，陶瓷坯修邊裝置安裝在機架上并且陶瓷坯修邊裝置位于石膏模桶上方，其特征在于石膏模桶驅動裝置包括伺服主軸、皮帶傳動機構，石膏模桶具有向下延伸的第一轉軸，伺服主軸安裝在機架上并且伺服主軸通過皮帶傳動機構連接石膏模桶的第一轉軸，伺服主軸帶動石膏模桶的第一轉軸轉動。

由于采用伺服主軸帶動石膏模桶的第一轉軸轉動，因此無需剎車裝置即可讓轉動快速停止轉動，生產者無需為了更換損壞的剎車裝置而停機。這種智能滾壓機能夠有效避免廢泥、灰塵對各部件造成不良影響而導致部件損壞，大大延長各部件的壽命。智能異形滾壓機通過上下模夾具的制作，制作工藝成型和改進。通過試驗測試，將智能異形滾壓機投入到市場，使其正常投入到工廠服務陶瓷企業(yè)進行滾壓進行生產。從而達到服務整個陶瓷產業(yè)的目的，讓陶瓷行業(yè)從業(yè)者享受這一成果，進而達到改變陶瓷行業(yè)滾壓成型的革命性變革，加快陶瓷行業(yè)自動化、智能化生產。