陶瓷酒瓶快速成型的技術研究

蔡廷祥

摘 要：本文研究了一種陶瓷酒瓶快速成型方法。通過模具結構創新和注漿工藝研究，解決了坯體瓶嘴形狀及尺寸精度出現偏差問題，實現了一次成型。結合多孔樹脂模具和高壓注漿技術，有效提高了陶瓷酒瓶的生產效率。

關健詞：陶瓷；酒瓶；成型

1 引言

陶瓷酒瓶生產一般都是采用石膏模具，在常壓下注漿成型。生產過程由于石膏模具受泥漿剝蝕和磨損，容易出現形狀、尺寸精度下降問題。酒瓶瓶嘴需裝配塑料或金屬配件，要求裝配后結合緊密，有良好的密封性能。為達到陶瓷瓶嘴形狀及尺寸精度要求，目前主要采用二種方法：一種是瓶嘴采用沖壓或滾壓成型，再與注漿成型的瓶身粘接在一起，如瓶嘴與瓶身含水率、密度不一致或粘接操作不仔細，容易出現瓶嘴歪斜、接口開裂等缺陷；另一種是整體采用注漿成型，然后再對瓶嘴進行機械加工，在加工過程中容易造成坯體破損，由于分二步成型，工序復雜，加上石膏模具注漿壓力低，坯體依靠吸附成型，生產效率較低。[1～2]

為解決上述問題，本公司研發了一種陶瓷酒瓶快速成型技術。采用多孔樹脂模具和高壓注漿技術，同時通過模具結構創新和注漿工藝研究，解決了坯體瓶嘴形狀及尺寸精度出現偏差問題，實現了一次成型。經生產檢驗，其生產效率和產品質量比傳統成型方法顯著提高。獲得發明專利授權。

2 技術原理

成型技術原理如圖1所示，具體操作步驟如下。

（1）將多孔樹脂模具裝好鎖定，模具內腔為酒瓶狀；

（2）將模具以內腔的瓶口朝下的方式置放；把帶進漿閥和回漿閥的漿管與帶進氣閥和排氣閥的氣管從模具內腔的瓶口處插入模具并固定，漿管與生產的酒瓶坯體瓶嘴高度一致，氣管高度高于漿管；

（3）關閉回漿閥和進氣閥、排氣閥，打開進漿閥，將泥漿通過泥漿泵注入模具中，逐步升高至最高壓力，保壓1 min；

（4）關閉進漿閥，打開回漿閥和進氣閥，將壓縮空氣通過進氣閥將模具內的泥漿從回漿閥排出，泥漿排完后關閉回漿閥；

（5）將壓縮空氣壓力調到0.5 MPa，保壓2 min；

（6）關閉進氣閥，打開排氣閥，排掉模具內的空氣；

（7）將漿管和氣管從模具中拔出；

（8）打開模具，取出酒瓶坯體。

3 模具設計及制作

模具設計應用計算機輔助設計技術，在電腦建立3D數字模型，通過數控機床雕刻金屬母模，保證翻制工作模具有良好的精度。采用多孔樹脂配合金屬外殼，有效提高模具的耐壓強度。解決了高壓注漿時因模具強度、精度不夠，出現漏漿的問題，將注漿壓力提高到2.5 MPa，保證成型坯體形狀、尺寸精度穩定，實現近凈尺寸成型。

創新模具結構設計，在瓶嘴處設置一段外形、尺寸符合瓶嘴內孔要求的空心管，保證成型的瓶嘴內孔精度，實現一次成型。通過設置導水槽，放置導氣管，實現壓縮空氣脫模、排水。大幅度加快成型速度，提高成型效率。

4 注漿工藝控制

實驗結果表明：隨注漿壓力的增加，同等注漿時間成坯厚度增加，體積密度、生坯強度有所提高，燒成收縮有所下降，但變化不明顯?？諠{后采用壓縮空氣保壓可加快坯體水份的排除，隨保壓壓力的增加，空心注漿坯體成坯厚度、干燥收縮變小，密度、強度提高。

在對注漿壓力、保壓壓力等工藝參數對坯體成型及質量影響研究的基礎上，確定注漿成型工藝制度如表1所示。

注漿過程采用逐步升壓的方式，使前期形成的坯體保持較好的透水性，加快了坯體形成速度，避免因驟然提升泥漿壓力而造成漏漿及坯體分層缺陷；在空漿后通入壓縮空氣保壓，將坯體的水分繼續通過模具微孔排出，進一步降低坯體的含水率，提高坯體強度，確保脫模時坯體不變形。

壓力注漿時泥漿性能對成型的影響具有與常壓注漿相近的規律，即粘度大成坯速度快，粘度過小則模縫容易漏漿或出現沉淀分層。壓力注漿由于采用壓力填漿和壓縮空氣空漿，一般不會因為泥漿粘度大，出現難以注滿模型邊角和狹窄部分、空漿時排漿不干凈的現象。反而由于注漿過程泥漿受到較大的壓力，易出現漏漿，所以要求泥漿的粘度不能太小。適當的觸變性有利于泥漿的固化成坯，也不妨礙空漿；若觸變性太大，成型后的坯體結構疏松，在坯體脫模或搬運過程中稍微振動就會造成變形甚至塌坯。若觸變性太小，坯體致密，濾水性差，成坯速度降低，成型后坯體內外濕差大，易造成開裂或變形。觸變性降低到小于1.1時出現漏漿。泥漿性能控制在含水率28～32%；觸變性1.1～1.3為宜。

5 結語

本項目研發的快速成型技術，將傳統石膏模依靠毛細管力吸水成型變為多孔塑料模壓濾排水成型，實現了酒瓶瓶嘴一次成型。成型效率高，生產可連續進行。成型過程只需10 min，比現有采用石膏模具成型時間30 min，生產效率提高2倍以上。

參考文獻

[1] 邱偉志.基于石膏模的壓力注漿工藝研究[J].《陶瓷》，2010（02）：32-34

[2] 徐人平.快速原型技術與快速設計開發[M].北京：化學工業出版社，2009：26～30.