衛生陶瓷機械化設備的應用及開發＊

趙祥來 王福順

（唐山賀祥機電股份有限公司 河北 唐山 063304）

1 概述

傳統的衛生陶瓷成形一直延續簡陋的設備——臺式澆注，直到20世紀80年代初期才通過一些簡單的設備來降低工人的勞動強度，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上逐步改進為吊鏈提升線，接著部分陶瓷生產廠家又在此基礎上改進制造了雙層和三層帶傾斜調整功能的成形機（極少數廠家在用），立式澆注線和吊鏈提升線由20世紀80年代初至今一直是國內衛生陶瓷生產企業進行大生產的傳統機械化成形設備。

2 目前衛生陶瓷機械化設備應用的現狀

衛生陶瓷注漿成形的傳統工藝就是將泥漿注入石膏模具中，借助石膏的毛細管吸力，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，嚴重制約著生產。為了縮短成形周期，技術人員對成形時間、泥漿性能、注漿壓力及模型等進行改進提高。成形設備的發展過程為：常壓地攤式→微壓組合澆注（立式澆注線）→機械澆注（吊鏈提升、三層有傾斜成形機）。

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人員的操作經驗，不但要求作業人員經驗豐富，且勞動強度較大，工作效率低，坯體還需要進行干修。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（依靠手動機械加緊），要求作業人員經驗豐富，但勞動強度較大；出坯效率較高，但坯體需要進行干修，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，側模加緊機械手動加緊，要求作業人員的操作經驗豐富，勞動強度有所降低，出坯效率較高，坯體需要進行干修，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（見圖4）

三層有傾斜成形機的所有開模、加緊工作完全使用機械手動進行，澆注角度可以調整，要求作業人員操作經驗較豐富，勞動強度低，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

3 衛生陶瓷機械化設備的開發

傳統的成形方法占地面積大，生產周期長，每個工作日只能澆注1次，較多依賴工人熟練程度和經驗，而且作業人員的勞動強度大，不易完全實現機械化大生產，所以在衛生陶瓷生產中未完全實現機械化的缺陷仍未得到根本的改善。在生產實踐中發現，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，傳統的成形設備其效率和機械強度以及石膏模型受強度的限制，無法滿足高壓注漿成行工藝的生產要求，需要開發新的機械化成形設備，這就是開發加壓注漿成形機的依據。

3.1 加壓注漿成形壓力注漿分類

衛生陶瓷采用壓力注漿工藝必須依賴機械化成形設備。壓力注漿常分為中壓和高壓2種方式，其壓力范圍并無嚴格的規定。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械化成形設備相配合具有明顯的優越性。傳統注漿需要人工注漿、排漿、固化、人工脫模翻轉，因坯體可操作性較差，干燥后才能進行坯體表面處理，所以勞動強度大，作業車間粉塵大，增加了作業人員患職業病的風險。而采用壓力注漿工藝配合機械化成形設備后，注漿、排漿、固化、脫模翻轉全部由機械化成形設備完成，其坯體可操作性較強，濕坯就可進行表面處理和加工作業，作業車間加工坯體帶來的粉塵量大大減少，降低了作業人員患職業病的風險。使用該方法生產的產品表面平整，品質均一，使衛生陶瓷的澆注周期由傳統方法的數小時縮短到70min（常壓）和20min（高壓），坯體的脫模含水率比傳統澆注降低2%～3%，且坯體脫模后幾分鐘就可以進行后續加工，而采用傳統澆注方式脫模后需經過十幾分鐘甚至更長的時間才能進行修坯工序，所以壓力澆注配合機械化成形設備易于實現自動化控制。

3.2 我國高壓注漿應用現狀

目前國內的高壓注漿成形設備多是在20世紀90年代初引進的（約有35條生產線），多用于生產面盆和水箱，但由于運營成本較高和維護技術跟不上等問題，致使多數引進生產線停用。

高壓注漿技術目前在國內推廣難度較大，主要有以下幾方面原因：

1）由于高壓注漿設備與傳統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接觸少，認知還不完整，另外前幾年引進的國外設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，對生產效率提高不迫切。

5）部分企業規模小，生產的產品屬于中低檔，售價低，因此對采用高壓注漿技積極性不高。

3.3 高壓注漿成形的優點

高壓注漿成形的優點：高壓注漿成行實現了注漿工藝的自動化，大大減輕了成形操作工的勞動強度；降低了作業難度；明顯改善了作業環境（環境溫度不超過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注漿，坯體強度高（可直接進行濕修坯），生產線占地面積小。

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，借助自動機械化成形設備，給泥漿加壓，在較短時間內，將泥漿中的水分通過模具進行脫水，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 實現高壓注漿成形的條件

1）相對復雜的樹脂模型制作方式及配置合格的高壓泥漿（見圖6）。

目前國內的設備、樹脂模具和泥漿配方技術已非常成熟，并且具有完全的自主知識產權，所用原材料以及泥漿配方用料，除了幾種樹脂材料需要進口外，其他的原料在國內都可解決，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）自動成形機及操作和現場管理 標準化（見圖7）。

圖7 加壓自動成形機及操作和現場管理標準化

高壓自動成形機的所有澆注工作全部由設定好的PLC程序控制油壓機械、氣動元件來執行，對作業人員的工作經驗要求較低，進行標準化培訓就可直接上崗作業，勞動強度大大降低，出坯率很高，可重復澆注（55～60次／24h），設備可以連續運轉，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 高壓成形機的特點

唐山賀祥機電股份有限公司于2005年度研制開發的“衛生陶瓷（水箱、面盆、坐便器）高壓注漿成形設備及其工藝技術”已經連續使用了6年時間，其技術性能非常成熟，達到了業界領先水平，并取得了3項發明和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。

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

高壓自動化衛生陶瓷設備的特點：

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

2）占地面積小。因為高壓成形機的生產效率遠遠高于普通立式注澆線，故同樣產能所需的設備占地面積更小，可有效降低企業的用地成本。

3）改善了工作環境。普通立式注澆線成形需要高溫、高濕環境，坯體規整度差，修坯產生的粉塵大；而高壓成形機只需常溫環境即可工作，坯體規整度好，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。高壓成形機采用先進的自動化控制和人性化的人機界面，一鍵式操作，員工經過7d標準化培訓即可上崗，而普通立式注澆線對員工的技術要求較高，還需要豐富的操作經驗，一般要經過半年的培訓，才能熟練掌握成形技術，無形之中增加了人力成本。

圖8 衛生潔具成形機

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，符合國家節能減排、低碳、環保的要求。

5 衛生陶瓷加壓成形機械化設備的發展前景

1）高壓注漿不僅能夠大幅度的提高生產效率，節約模具干燥費用，而且還能夠使注漿成形過程標準化、參數化、自動化。

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

3）從長期發展來看高壓注漿能有效的為用戶節省投入，并可以改善操作工人的作業環境，改變工廠面貌，提升產品質量和工廠的檔次，因此高壓注漿的發展前景十分廣闊。