淺談成型操作對壓制成型坯體質量的影響

■安紅娜 ■綿陽職業技術學院材料工程系，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節之一，在很大程度上影響著材料的微觀組織結構，決定了產品的性能、應用和價格。過去，陶瓷材料學家比較重視燒結工藝，而成型工藝一直是個薄弱環節，不被人們所重視。現在，人們已經逐漸認識到在陶瓷材料的制備工藝過程中，除了燒結過程之外，成型過程也是一個重要環節。在成型過程中形成的某些缺陷(如不均勻性等)僅靠燒結工藝的改進是難以克服的，成型工藝已經成為制備高性能陶瓷材料的關鍵技術，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。其生產過程簡單，致密度高，制品尺寸精確，表面質量高，設備機械化、自動化程度高，可以連續化生產，主要適用于墻地磚的生產［3］。我們通過研究成型操作對壓制成型坯體質量的影響對提高墻地磚的質量是非常重要的。

2 成型操作對壓制成型坯體質量的影響

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，燒成之后就會出現大小頭、變形、硬裂、口裂等缺陷。因此，生產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。總之，采用單面加壓壓力分布不均，有低壓區，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，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進行壓制，模腔內上面的粉料受力，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部，這種方式可以獲得結構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，上沖模快速抬起進行排氣，然后是終壓階段，加壓至設定的最高壓力，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，在低壓區速度稍快使空氣消除;在高壓區應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。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量。根據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)、粘結劑(增加粉料顆粒間的粘結作用)、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量，在燒成后會出現變形或開裂的缺陷。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，同時不能與粉料發生化學反應，最好是在燒成中發揮掉，不會影響墻地磚的性能［5］。

3 結論

采用壓制成型生產墻地磚的操作過程中，影響坯體質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.關于陶瓷成型工藝的討論工廠電氣控制設備［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，2012，4:11-15.

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

［4］曹文聰等主編.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.