陶瓷墙地砖模具类型与分析

摘要 鉴于目前陶瓷墙地砖模具的分类不太明确，本文总结了陶瓷墙地砖模具的类型与工作原理，并对各类模具的适用范围和工作特点进行了对比分析，指出了目前模具研究的不足，并建议我国陶瓷墙地砖模具应加强CAE技术的应用、零部件的标准化和关键技术的攻关。

关键词 陶瓷墙地砖模具，类型，分析，建议

1前言

陶瓷墙地砖模具是能生产出具有一定形状和尺寸要求的墙地砖坯的工具，和压砖机共同完成粉料的压制成形。意大利的陶瓷墙地砖及其模具技术位于世界领先地位，我国墙地砖模具则经历了一个从国外引进到自主研究开发的过程，目前，广东佛山已成为我国最大的墙地砖及其模具生产基地。

目前国内对陶瓷墙地砖模具的研究报导主要集中在模具常见问题的介绍，如陶瓷墙地砖模具的一般设计方法、影响陶瓷墙地砖模具使用寿命的因素及模具在加工过程应注意的问题、陶瓷墙地砖模具缺陷分析及其解决方法、热处理工艺对陶瓷墙地砖模具变形开裂的影响、墙地砖压机模具的粘模及防护分析等[1～4]。另外，有人将化学复合镀和聚氮酯橡胶应用在陶瓷墙地砖模具上[5～6]，以及开展对等静压瓷砖模具和双浮动瓷砖成形模具的研制等。此外，曾有人对陶瓷粉料恒压压型理论的流变学进行了探讨和墙地砖坯体的成形压力及其对坯体质量的影响进行了初步研究[7～8]。综合前人工作，本文对陶瓷墙地砖模具的类型进行了总结分析并提出了相关建议。

2陶瓷墙地砖模具的类型及其工作原理

2.1 按模框分类

2.1.1 固定模框模具

固定模框模具在工作过程中，其模框是固定不动的，基本结构如图1所示，工作原理如下：模具在压砖机带动下，推顶板、下模芯磁吸座和下模芯向下运动，下模芯和侧板形成一个模腔，粉料经喂料机构布入腔内。然后上模芯进入模腔接触粉料并施加压力，接着上模芯稍提升松开进行排气（一般需反复2～3次施压排气），直至砖坯达到足够的强度和良好的致密度。压制结束后，上模芯向上离开砖坯，下模芯向上将砖坯顶出，并由喂料机构推动砖坯离开模具，完成一个工作周期。

2.1.2 浮动模框模具

浮动模框模具在工作过程中，模框参与运动，通常又可分为半插入式模具、双浮动模具和盖模模具。

（1） 半插入式模具

半插入式模具（见图2）的浮动模框由若干个液压缸支承。工作时，上模芯下行进入下模模腔，固定在上模边上的限位块即与浮动模框接触，迫使浮动模框下行，并在压力的作用下，使下模腔中的粉料被压实成形。

（2） 双浮动模具

双浮动模具（见图3）也称为上模成形模具，与半插入式模具的区别是：其上模芯周围有上侧板和上模框等部件，粉料压实成形的过程均在上模腔内完成。双浮动模具工作时，先装料于下模腔内，然后上模芯向下运动和下模芯接触，限位块迫使浮动模框下行，上模芯继续向下运动；粉料完全进入上模腔内直至加压完成，最后，上模芯升起，上下模芯分开，成形坯体留在下模芯平面。

（3） 盖模模具

盖模模具与半插入式模具的结构类似，主要区别是：盖模模具没有限位块，且上模芯的横截面大于下模腔横截面积，工作时，上模芯下行和下模框及下侧板接触（上模芯不进入下模腔内），迫使浮动模框下行，然后上模芯对粉料加压成形。

2.2 按模芯分类

模芯包括上模芯和下模芯，是陶瓷墙地砖模具的主要部件，在模具工作过程中，模芯直接与粉料接触进行压制成形，且经常与侧板发生磨檫，因此，陶瓷墙地砖模具的使用寿命实际上就是模芯的寿命。按照模芯类型，陶瓷墙地砖模具通常分为：钢模模具、橡胶模具、等静压模具和排气模具。

2.2.1钢模模具

钢模模具是最早使用的模具，模芯材料通常采用45钢或Cr12MoV合金钢等。

2.2.2普通橡胶模具

普通橡胶模具的模芯是在钢模表面覆盖一层具有特殊性能的高分子材料（聚氨酯橡胶）（可参考图4）。

2.2.3等静压模具[10]

等静压模具的模芯是在普通橡胶模芯的基础上发展起来的，模芯结构如图4，其工作原理是：在橡胶模芯的橡胶片与模芯基体之间注入具有一定压力的流体介质，并形成一个封闭的液压腔。由于橡胶片有一定的弹性变形，在压制过程中，流体介质会将压强各向均等地传递到橡胶片与砖坯的界面上，使被压砖坯在等静压力的作用下发生一定的体积变形，从而实现等静压成形。

2.2.4排气模具

排气模具的模芯也是在普通橡胶模芯的基础上发展起来的，其结构如图5：镶条与模芯基体之间有一排气槽（一般为0.3～0.5mm宽，根据墙地砖大小设置排气槽的长度和数量），排气槽上端穿过橡胶片，下端与排气孔相连，排气模具工作时，压制粉料与橡胶片接触，气体经过排气槽到达排气孔，并从模芯基体侧面排出。

3分析与讨论

3.1 陶瓷墙地砖模具的适用范围与工作特点

不同类型的陶瓷墙地砖模具的适用范围和工作特点有所区别，对其进行归纳总结（如表所示），有助于我们对模具的认识并指导生产设计。

3.2 陶瓷墙地砖模具研究存在的主要问题

目前我国陶瓷墙地砖模具的设计生产很大程度上依赖于企业和个人的实际经验来进行，设计手段比较落后，加上模具企业各自为政，模具主要零部件没有统一标准，在指导思想上存在重经验、轻理论的倾向。另外，忽视了陶瓷墙地砖粉料压制成形的机理研究，缺乏对粉料压制与模具间相互影响的研究。因此，陶瓷墙地砖模具在质量、可靠性和寿命等方面与意大利等国外模具存在一定差距。

4展望与建议

4.1 计算机辅助工程（CAE）技术的应用

CAE已成为工程、产品结构及力学分析的重要工具，但在陶瓷墙地模具领域的应用还未见相关报导。结合目前陶瓷墙地砖模具技术比较落后的实际情况，有必要利用CAE对陶瓷墙地砖模具及粉料压制成形机理及寿命预算等问题进行研究，揭示模具的受载特性、运动特性及与粉料压制成形的相互影响，取得模具的优化设计方案，以提前发现模具缺陷、缩短设计周期、减少模具成本，提高陶瓷墙地砖模具及砖坯质量。

4.2 实现陶瓷墙地砖模具主要零部件的标准化

针对目前陶瓷墙地砖模具的设计生产主要依赖于个体经验的情况，综合众多工程实践经验并吸收新的知识，构建陶瓷墙地砖模具CAD/KBE（计算机辅助设计/知识工程）系统[11]，包括陶瓷墙地砖集成信息建模、模具决策方案拟定与评价，以及知识库系统建立与管理等来实现模具设计智能化及主要零部件（上模芯、下模芯、侧板、模框、推顶板和底板等）的规范化和标准化。

4.3 开展关键技术的攻关研究

目前，不同类型的陶瓷墙地砖模具均是优缺点并存，某些问题已制约了模具的发展，因此有必要进行深入的研究，突破一些关键技术，如：不粘粉料钢模模芯表面技术和等静压模具流体防泄漏技术等。

注：本文受佛山市科技发展专项资金项目“陶瓷墙地砖粉料压制成型机理CAE分析及其模具设计KBE系统构建” 资助（项目编号：200701004，主持人：向卫兵）。

参考文献

1 熊九成.2006中国陶瓷产区格局：此消彼长,百花齐放[N].陶城报,2006,12

2 王艳春.陶瓷墙地砖模具的设计[J].佛山陶瓷,2006,7

3 贾玉宝.陶瓷墙地砖模具及其对质量产生的影响[J].陶瓷,2005,7

4 李灵风.控制墙地砖模具变形、开裂的合理工艺[J].河北陶瓷,2001,29:3

5 刘彗平.化学复合镀Ni-P.PTFE在陶瓷模具上的应用[J].电镀与环保,2006,26:6

6 王 敏.聚氮酯橡胶在墙地砖陶瓷模具中的应用[J].陶瓷科学与技术,2004,4

7 肖任贤.陶瓷粉料恒压压型理论的流变学探讨[J].中国陶瓷工业,2001,8：3

8 蔡祖光.墙地砖坯体的成型压力及其对坯体质量的影响[J].中国陶瓷工业,1996,1

9 P.G.Bezdenezhnykh.A method of forming of ceramic parts,equipment,mechanization,and automation of production.UDC 666.3.032.6

10 张良斌.等静压陶瓷砖模具的优化设计[J]. 佳木斯大学学报,2004,4

11 J A Penoyer．Knowled ge based product lift cycle systems：principles of integration of KBE and C3P[J].Computer-Aided Design，2000，32