瓷磚模具生產工藝設計及其車間布局

付正飛， 張俊， 楊民生

（1.湖北文理學院 機械與汽車工程學院，湖北 襄陽441053；2.襄陽宏發模具有限公司，湖北 襄陽441080）

1 引 言

襄陽宏發模具有限公司是以生產瓷磚模具為主體、承擔瓷磚模具的加工和裝配工作的企業。公司引進了意大利Nassetti 公司的專用設備8 臺，共465 萬美元，國內配套設備5000 萬元人民幣，達到生產總成400 套/年（含易損件）、修復總成200 套/年及易損件1000 套/年的生產能力，實現年產值8500 萬元。

2 設計依據

2.1 設計要求

（1）所設計的瓷磚模具加工、裝配工部，能適應我國目前進口和國產瓷磚壓機對模具的要求與瓷磚模具生產上所采用的先進技術——橡膠模具的需要。

（2）根據不同規格的瓷磚模具的相似性，機加工設備布置按照成組加工的指導思想，按單元布置，以適應成組技術的應用，為今后該產品實現計算機輔助設計與制造集成化和最終實現柔性加工系統（FMS）打下基礎［1-3］。

（3）考慮采用模具周邊為堆焊的工藝，以提高模芯的耐磨性與模具壽命，同時可以使用45 鋼作為基件材料，減少使用Cr12MoV 合金材料,以降低成本。

（4）全部生產任務應根據市場調研后，根據不同規格的模具需求量按統計原理而決定，現依據經驗，按最有代表性、綜合效果強的瓷磚模具CM06-3（即瓷磚規格為300mm×300mm 的三腔模具）進行設計。

2.2 設計原則

根據襄陽宏發模具有限公司現行的產品圖紙、工藝、工時定額及文件資料，依據成組技術和精益生產的要求，生產車間的布局應當遵循的設計原則［4］：一是物流原則，從物流輸送角度考慮，各種設備應按照實際加工工藝路線和生產流程布局成線，各生產單元之間按照工序成“一”或“U”型排列，以便工人操作，形成一種流線的生產方式；二是結構緊湊原則，應充分利用車間有限的面積，縮短物料傳送距離；三是特殊工藝要求，滿足橡膠硫化、時效等特殊設備的指定擺放位置，形成車間布局中的固定約束；四是輔助設備按照功能需求也形成單元進行布局。

3 主要零件加工工藝設計及工時

3.1 加工工藝

對瓷磚模具而言，主要零件是指模襯12 件、上下模芯各3 件、下模座3 件、下座板1 件、下底板1 件、連接板1 件及模框1 件，各零件的工藝如下［5］：

（1）模襯：鍛造并退火→銑四方→銑長短→粗磨兩大面→平面磨兩側面→精銑長短→鉆孔、攻絲→立磨四周→工磨斜面→清絲。

（2）模芯：備料→銑六方→鉆孔、攻絲→銑消氣部位→調質→銑倒角→周邊堆焊→磨兩大面→粗磨四周→精磨六面→銑下沉面→工磨四角→吹砂→硫化。

（3）下模座：備料→銑六方→調質→銑沉槽→鉆孔→攻絲→平磨兩大面。

（4）上底板：備料→銑兩大面→銑四周→鉆平面孔系→攻絲→鉆側孔→平磨兩大面。

（5）下底板：備料→銑兩大面→銑四周→鉆平面孔系→攻絲→平磨兩大面。

（6）連接板：備料→銑兩大面→銑四周→倒角→鉆平面孔系→攻絲→平磨兩大面。

（7）模框：備料→銑兩大面→銑四周→銑內腔方孔→鉆平面孔系→攻絲→與模襯配磨兩大面。

3.2 工時計算

按照加工方式不同，零件的工時可分為銑削工時、磨削工時、鉆削工時及鉗工劃線攻絲工時等，按工作的性質區分又分為加工工時和輔助工時等。為了能夠比較準確地反映工時，公司對大部分切削工時采用選取合理的切削用量，通過計算來確定，對鉗工、裝配、輔助工時等因工人經驗和熟練程度不同有所差異，根據公司的實際情況進行估算。現以模框銑削加工為例：

（1）粗加工

選取主軸轉速n=800r/min，切削速度v=135mm/min，刀盤直徑D=150mm，切削深度h=4mm，加工厚度H=8mm，毛坯尺寸L×B×T＝1350mm×600mm×90mm，輔助時間20min。

銑削上下兩大平面時間：

（2）精加工

選取切削速度v=80mm/min；走刀次數m=2 次，各內腔尺寸為a×b=360mm×360mm，腔數p=3。

內腔精加工時間：

表1 各主要零件的工時 /min

通過計算和統計，各主要零件的工時如表1所示。

3.3 設備配置

按照新工作制度，全年按254 個工作日，每個工作日安排兩班，每班按8h 計算，根據生產綱領，先計算各工種每天所需的臺時數，再按滿負荷確定各工種所需機床的數量，具體如表2 所示。

通過統計、計算，考慮適當的富裕度，共需機加工設備19 臺：銑床10 臺、立式磨床2 臺、平面磨床4 臺、工具磨床3 臺，另外下料、貼膠等工序所需專用設備根據實際要求配備，現購等離子割機1 臺、研膠機1 臺、壓膠機1 臺、噴砂機1 臺、鉆床1 臺、刻字機1 臺（設備明細略）。

表2 所需機床的數量

4 機床平面布局

瓷磚模具的主要零件可分為尺寸較大的模板類、尺寸較小的板形模襯類和方形模芯類零件。由于各類零件的形狀、結構、尺寸都基本相近，其加工工藝、方法也相似，根據成組技術的原理，將瓷磚模具的生產劃分為模板單元、毛坯加工單元、模襯單元、模芯單元、工磨單元、硫化單元、雜件單元等，因模襯和模芯屬于易損件，批量較大且工序較多，就進一步劃分更細的加工單元。模板單元購置了大型設備，負責上、下底板、連接板、模框的銑削與磨削加工；毛坯加工單元負責模襯、下模座及模芯的粗加工；模襯單元負責模襯的精銑和磨削加工，模芯單元負責模芯的精銑和磨削加工；工磨單元負責模襯斜面和模芯銳邊的磨削；硫化單元完成研膠、壓膠、保溫時效等膠模制作工序；雜件單元完成其它小零件與刻商標等工序。各單元自成體系，便于運輸、管理。

各單元設備分配亦依據所加工零件的工時及生產綱領核定，各單元設備分配及負荷情況如表3，從表3 中可以看出：模襯單元精銑工序的負荷率高，實際工作量超過核定工作量，但考慮到模芯單元的精銑工序負荷率較低，可以承擔部分模襯單元精銑工作，使兩單元精銑工序的總負荷率為81.8%，就未再增加銑床。

表3 各單元設備分配及負荷情況

設備布局在146m×15m 的廠房內，機床平面布置方案如圖1 所示，圖中X 代表銑床、M 代表磨床、Z 代表鉆床、C 代表車床，每個雙點畫線框內為一個加工單元。

圖1 車間機床的平面布局方案

5 結 論

結合已有的瓷磚模具生產技術經驗和工藝流程，制定了宏發模具有限公司的瓷磚模具生產工藝，通過工時的理論計算，確定了機床的配置與型號，設計了機床平面布局，方案能夠滿足實際要求，得到了公司組織的評審委員會一致通過，并已投入到實際生產，為公司節約了大量設計費用，也縮短了設計周期。

［1］ 朱振峰，梁廣輝，龐世哲.基于成組技術設計汽車轉向器裝配用隨行夾具［J］.機械工程師，2011（10）：1-3.

［2］ 孔艷艷，戴躍洪，侯恩光. 成組技術在CIMS 中的應用及其在PLM 中的實現［J］.機械，2009（7）：25-27.

［3］ 魯昌國.基于成組技術的電機制造CAPP 系統［J］.遼寧石油化工大學學報，2008（2）：58-60.

［4］ 王曰輝，高媛.物料單元化管理在重型機械制造車間的應用［J］.機械工程師，2009（11）：6-8.

［5］ 張俊，董繼先，等.靜壓瓷磚模具的設計與制作工藝［J］.西北輕工業學院學報，1999（4）：87-89.