淺談成型操作對壓制成型坯體質(zhì)量的影響

■安紅娜 ■綿陽職業(yè)技術(shù)學院材料工程系，四川 綿陽 621000

1 前言

成型工藝是陶瓷材料制備過程的重要環(huán)節(jié)之一，在很大程度上影響著材料的微觀組織結(jié)構(gòu)，決定了產(chǎn)品的性能、應(yīng)用和價格。過去，陶瓷材料學家比較重視燒結(jié)工藝，而成型工藝一直是個薄弱環(huán)節(jié)，不被人們所重視。現(xiàn)在，人們已經(jīng)逐漸認識到在陶瓷材料的制備工藝過程中，除了燒結(jié)過程之外，成型過程也是一個重要環(huán)節(jié)。在成型過程中形成的某些缺陷(如不均勻性等)僅靠燒結(jié)工藝的改進是難以克服的，成型工藝已經(jīng)成為制備高性能陶瓷材料的關(guān)鍵技術(shù)，它對提高陶瓷材料的均勻性、重復性和成品率，降低陶瓷制造成本具有十分重要的意義。［1-2］

根據(jù)坯料的不同坯體的成型方法大致可分為可塑成型、注漿成型和壓制成型三類。其中，壓制成型是將坯料加入到模具中，在壓機上壓成一定形狀的坯體的方法。其生產(chǎn)過程簡單，致密度高，制品尺寸精確，表面質(zhì)量高，設(shè)備機械化、自動化程度高，可以連續(xù)化生產(chǎn)，主要適用于墻地磚的生產(chǎn)［3］。我們通過研究成型操作對壓制成型坯體質(zhì)量的影響對提高墻地磚的質(zhì)量是非常重要的。

2 成型操作對壓制成型坯體質(zhì)量的影響

壓制成型工藝過程大致可分為填料、預壓、排氣、終壓、脫模五個階段。任何一個階段操作不當都會對坯體的質(zhì)量造成一定的影響。

2.1 填料方式

在坯體的成型過程中，填料是第一個階段，填料的目的是將粉料均勻的布在模腔中，并具有一定的厚度。填料是否均勻會影響成型后的坯體質(zhì)量。

墻地磚壓制成型時，一般的填料操作過程是:加料器在推出磚坯的同時，模套升起或者下模下降使粉料布滿模腔，加料器再從模腔上退回完成填料操作。若加料器按照一定的速度直線往復填料，就會造成先填料的那部分模腔里的粉料比后填料的多，加壓成型后就會導致坯體的密度不一致，燒成之后就會出現(xiàn)大小頭、變形、硬裂、口裂等缺陷。因此，生產(chǎn)時除了要求粉料有良好的流動性外，還要求有一個正確的填料方式，可以通過以下方式提高填料的均勻性:(1)自動填料時，填料完成后，下模迅速振動一次，或加料器帶振動裝置，或模套作一次振動;(2)改直線往復式加料為回轉(zhuǎn)式充填加料;(3)人工加料時，加料器向前推速度快，往回拉速度慢，即“緊推、慢拉、中間哆嗦”［4］。

2.2 成型壓力

成型壓力一方面用來克服粉料之間的摩擦力，一方面用來克服粉料與模具之間的摩擦力。成型壓力小，坯體的致密度不夠，坯體強度差，不能滿足后面工序的要求，坯體質(zhì)量不合格;成型壓力越大，坯體的氣孔率減小［5］，坯體越容易致密，既有利于坯體質(zhì)量的提高，又有利于后期的燒成;但是成型壓力過大，又會導致坯體中的殘留空氣被壓縮，當壓力卸載后，壓縮空氣膨脹會導致層裂的產(chǎn)生［6］。合適的成型壓力取決于坯體的形狀、高度、粉料的含水量及其流動性、要求坯體的致密度和坯體質(zhì)量等。一般來說，墻地磚的成型壓強為25～50MPa，彩釉磚的成型壓強為25～35MPa.瓷質(zhì)磚的成型壓強為35～45MPa［7］。

2.3 加壓方式

壓制成型坯體時，坯體內(nèi)各層的壓力大小隨坯體與加壓面的距離增加而遞減，可以通過合理的加壓方式來解決這一問題。加壓方式根據(jù)粉料受力情況不同分為單面加壓、雙面加壓和雙面先后加壓三種形式。

首先是單面加壓，根據(jù)模具的不同又分為蓋模和插模兩種形式。采用蓋模時，上沖模作用在模套上，模套因壓力而下降，這時粉料下面受到壓力使得坯體上層較疏松，下層較致密;反之，采用插模時，上沖模直接作用到坯料上，這時粉料上面受到壓力使得坯體上層較致密，下層較疏松?？傊?，采用單面加壓壓力分布不均，有低壓區(qū)，易造成受壓面致密，另一面疏松。其次是雙面加壓，該方法可以消除底面的低壓區(qū)，死角;但空氣易被擠到坯體中間部位，使中部密度小。最后是雙面先后加壓，該方法的操作過程是開始上沖模塞進模套內(nèi)進行壓制，模腔內(nèi)上面的粉料受力，加到一定程度后，二道沖模加壓在模套上，模套受壓下降，使得模腔內(nèi)下面的粉料受力，既解決了坯體致密度不一致的問題，又避免了空氣被壓縮在坯體內(nèi)部，這種方式可以獲得結(jié)構(gòu)與致密度較均勻的坯體。［4、7］

2.4 加壓速度

壓制成型的過程實際上就是將松散的粉料排出氣體并致密化，成為具有一定強度和密度坯體的過程。在壓制過程中，一定要保證空氣能順利地排出。在預壓階段，粉料疏松，比較容易排氣，加壓的速度可以快一些，但是壓力不能太大，否則坯體表面過于致密，既不利于氣體的排出也不利于壓力的傳遞。預壓后，上沖?？焖偬疬M行排氣，然后是終壓階段，加壓至設(shè)定的最高壓力，使得顆粒緊密靠攏，速度不宜太快，同時進行保壓，使得坯體壓實，減少反膨脹。總之，加壓速度先快后慢，壓力輕后重，達到最大壓力時進行保壓，在低壓區(qū)速度稍快使空氣消除;在高壓區(qū)應(yīng)緩慢加壓以免殘余氣體無法排出，達到最大壓力進行保壓。

2.5 脫模操作

脫模操作是壓制成型最后一個階段。其過程是上沖模慢慢抬起，下沖模上升或模套下降，將坯體脫出，然后由加料器將其推出，完成整個成型過程進入下一個循環(huán)。脫模時，若上沖模減壓太快，容易造成層裂;反之若模套下降太快，容易造成膨脹裂［4］。因此，脫模操作要慢，以保證成型后的坯體質(zhì)量。

2.6 添加劑

在壓制成型過程中，為了降低粉料的孔隙率，提高坯體的強度和密度，使成型過程順利進行，通常在粉料中加入一些添加劑來提高坯體質(zhì)量。根據(jù)其作用不同包括潤滑劑(減少粉料顆粒間及粉料與模壁的摩擦)、粘結(jié)劑(增加粉料顆粒間的粘結(jié)作用)、表面活性劑(促進粉料顆粒間吸附，濕潤或變形)。但是使用不當反而會影響坯體的質(zhì)量，在燒成后會出現(xiàn)變形或開裂的缺陷。因此，使用添加劑時需要注意的是，添加劑的分散性要好，少量就能起到很好的效果，同時不能與粉料發(fā)生化學反應(yīng)，最好是在燒成中發(fā)揮掉，不會影響墻地磚的性能［5］。

3 結(jié)論

采用壓制成型生產(chǎn)墻地磚的操作過程中，影響坯體質(zhì)量的主要因素為填料方式、成型壓力、加壓方式、加壓速度、添加劑和脫模操作六個方面。填料不當會造成粉料分布不均，成型后坯體致密度不一致，燒成后易造成大小頭出現(xiàn)大小頭、變形、硬裂、口裂等缺陷;成型壓力過小會造成坯體強度和密度不夠，過大又會導致層裂的產(chǎn)生;加壓時，加壓方式采用雙面先后加壓，既解決了坯體致密度不一致的問題，又避免了空氣被壓縮在坯體內(nèi)部;加壓速度先快后面，壓力先輕厚重，保證空氣順利排出，達到最大壓力時進行保壓;脫模時，速度要慢，避免出現(xiàn)層裂和膨脹裂;使用的添加劑要求能提高粉料的成型能力但不能影響墻地磚的性能。

［1］李懋強.關(guān)于陶瓷成型工藝的討論工廠電氣控制設(shè)備［J］.硅酸鹽學報，2001，29 卷5 期:466 -469.

［2］謝揚球.陶瓷干法成型過程分析與建模［J］.上模具技術(shù)，2012，4:11-15.

［3］張云洪主編.陶瓷工藝技術(shù).［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2006，7:129.

［4］曹文聰?shù)戎骶?普通硅酸鹽工藝學［M］.武漢:武漢理工大學出版社，1996，8:267 -269.

［5］章秦娟主編.陶瓷工藝學［M］.武漢:武漢理工大學出版社，1997，3:137 -140.

［6］劉國玉.壓制成型磚坯的質(zhì)量問題及壓制制度的選擇［J］.中國建材裝備，1995，5:13 -17.

［7］梅朝鮮主編.陶瓷成型及施釉［M］.武漢:武漢理工大學出版社，2011，3:75.