基于陶瓷批量生產制備石膏模具的石膏車模工具技術研究*

高艷杰 賴 軍 劉光甫 栗文龍

(云南藝術學院 昆明 650500)

陶瓷作為中國傳統文化的物質載體,廣泛地服務于人們的日常生活,陶瓷制作方式多種多樣,有泥條盤筑、拉坯、捏塑、泥片成形、泥板成形、模具成形等,不同成形方式呈現出不同的優勢和特征。如,模具成形制作周期短、生產效率高,相比于其他成形方式最突出的特點就是可以批量生產且品質規范,可以滿足大多數人的實際需求。

模具成形的生產方式已經應用于全國各種規模的廠家及作坊,其成形方式是,向一密合的空心石膏模具中注入陶瓷泥漿原料,利用石膏的吸水特性使泥漿附著在模具內壁表面,以形成一定厚度的泥坯,待泥坯定型后倒出多余泥漿,靜止至一定硬度后開模取出泥坯,其模具可以制作大小、體量相同的泥坯,還可以反復多次使用。

1 研究概述

本研究主要針對陶瓷生產中常規的同心圓軸類型的石膏模具。石膏模具的制作過程復雜且要求精細,首先是石膏模種的制作,其制作是在石膏車模機上進行,先根據模種的直徑在轉盤周圍固定一圈卷材,形成底部和周圍沒有縫隙的空心圓柱,隨后將調配好的石膏倒入卷材圓柱內部,待石膏凝固成實心圓柱后去除卷材,然后用石膏車模工具將凝固的石膏圓柱車削成形;其次是將石膏模種翻制成空心石膏模具,整個制作過程中母模的制作至關重要,決定了后續模具的制作和最后的陶瓷外形。

石膏母模全程在石膏車模機上制作,根據產品設計圖將實心圓柱體車削成形,其原理是利用車模機的旋轉力和道具配合,從而將多余石膏削除掉。車削塑形過程中機器轉盤高速旋轉,不易操作,需借助外力工具。筆者通過調研發現,當下市場上的石膏車模工具整體笨重、操作不便,且存在安全隱患。筆者結合實際存在問題和生產需求,創造性提出陶瓷批量生產中制備石膏模具的石膏車模工具。

2 現有技術

目前很多廠家及作坊石膏車模工具為兩個單獨的部分結合使用,即木棍和圓柱頂端焊接有刀片的刀具,使用木棍作為輔助支架,左手握緊輔助支架的一端,同時將輔助支架的另一端支撐在車模機內側的擋板上,右手緊握用于車削石膏模具的刀具和輔助支架,使其緊貼在一起,然后進行車削;也有用木棍作為輔助支架結合修坯工具進行車削的案例,操作時同樣左手持輔助支架一端,并將另一端支撐在擋板上,右手持修坯工具和輔助支架緊貼在一起配合車削。

此外還有一種石膏車模刀具,其技術包括刀體、支軸、支軸套筒和置刀筒,其支軸套筒固定在支軸一端,置刀筒套裝在支軸上,支軸套筒套設在轉軸上,置刀筒中部固定設有卡刀圈,刀體通過螺釘固定在卡刀圈上,置刀筒后部設軸向方向均布并并處于同一徑向面均布的3個條形孔,所述條形孔的近轉軸端設與條形孔相對應的弓形卡刀把。

3 存在問題

現有技術方案主要存在以下幾個方面問題:

(1)用木棍做輔助支架同圓柱頂端焊接有刀片的刀具結合的技術,其操作車削過程需要支架和刀具不斷調整組合合適的車削位置,操作不便,且工具的兩個部分體量大,組合比較笨重,車削時費力。

(2)用木棍做輔助支架同修坯工具結合的技術,操作時也需工具的兩個部分不斷調整位置,并且修坯工具太過輕薄,石膏隨車模機高速旋轉產生的轉力容易使修坯工具直接旋出去或者跳刀,同時因為修坯工具短小,操作位置受限,右手需僅靠石膏,車削的碎屑容易使人受傷或弄臟衣物。

(3)包含刀體、支軸、支軸套筒和置刀筒的石膏車模刀具操作時需支軸、支軸套筒和轉軸組合的方式以達到支撐的效果,多部件組合操作程序復雜;其刀片通過縱向垂直介入螺釘的方式達到固定刀片的目的,更換刀片時需要再借助螺絲釘及安裝工具螺絲刀,安裝工序多;固定支點方式是支軸套筒固定在支軸一端,置刀筒套裝在支軸上,支軸套筒套設在轉軸上,此技術的支點固定在支軸上下,工作區域面積受限;調整角度時單手緊握住卡刀把,控制刀頭沿著支軸旋轉,雙手作業操作不便。

4 擬解決的問題

(1)對于支架和刀具或修坯刀兩個部件組合及多部件組合、操作不便的問題,本研究將車削的多個功能需求綜合在一起,設計出一體多功能工具。

(2)關于笨重的問題,本研究采用空心鋼材管和橡膠作為工具材料,體量輕便。

(3)針對現有技術操作時需要不斷暫停調整多部件結合位置的問題,本研究采用伸縮調整的方式,操作簡便,車削時無需暫停,可隨時上下伸縮;工具外觀為細長圓柱,外圍附多邊形帶刀片,因此操作時可隨意換位、旋轉。

(4)關于固定刀片和更換刀片不便的問題,本研究在刀片套軸上通過卡槽和螺旋結構進行固定和更換,同時本研究還設計多邊形刀片,不用更換刀片就能滿足不同角度和線面的車削要求。

(5)現有技術中工作區域受限的問題,本研究為一體式結構,支撐桿頂端可靈活選取車模機三個擋板的所有位置為支點,可多角度、多位置靈活作業。

5 石膏車模工具結構設計

本研究主要介紹了一種運用于陶瓷批量生產制備石膏模具的石膏車模工具:其特征是具備支撐、車削、伸縮調節、旋轉置換刀片等功能的一體式工具。工具為一體式結構,支撐桿頂端可靈活選取車模機三個擋板的所有位置為支點,可多角度、多位置靈活作業;支撐桿頂部的支點部分為扁圓形橡膠帽,擴大接觸面積的同時橡膠材質又可以增加摩擦力,防止打滑;支撐桿設有兩條中心對稱的凹槽,與套筒內壁設有的凸狀長條相貼合,實現套筒縱向自由伸縮,且不會左右旋轉;套筒外部設有棱柱形刀片卡槽,卡槽上部為固定式圓柱形卡柱,下部為內壁為螺絲旋紋的圓柱形卡柱,棱柱形刀片卡槽和上下圓柱形卡柱雙重固定刀片,防止刀片旋轉和震動;下圓柱形卡柱內壁的螺旋紋同套筒下部外圈的螺旋紋密合的同時還可以方便更換刀片;工具的刀片為多邊形,旋轉支撐桿的同時,套筒及套筒上固定的刀片可同時同軸旋轉,通過旋轉支撐桿改變刀片和石膏的接觸面,實現多角度和多面以滿足不同器型車削的多種需求。

圖1 效果

圖2 結構圖

6 石膏車模工具實際操作

本研究為一種運用于陶瓷批量生產制備石膏模具的石膏車模工具,其結構包括支撐桿、軸套、刀具、上卡柱和下卡柱。

圖3 剖視圖

在安裝時,將軸套套設在支撐桿外,套軸可上下收縮,可以隨意調整軸套的在支撐桿上沿軸向方向的位置,后將刀具套設在套軸外,將下卡柱鎖緊固定在軸套外并將刀具夾持在上卡柱和下卡柱之間。而本研究將支撐桿和刀具整合在一起,使用時,一手握緊支撐桿的一端,并將支撐桿的另一端支撐在車模機旁側的擋板上,將刀具靠近在旋轉的模具,實現對模具的車削,操作簡便。

為了防止在車削時刀具在軸套外沿支撐桿圓軸方向轉動,本研究將刀片卡槽設計成除圓柱外的棱柱形或異形,同時支撐桿的外表面設有一道以沿軸向方向延伸的滑槽,軸套的內側表面設有一道以沿軸向方向延伸,且與滑槽形狀大小相匹配的滑塊,防止套軸沿支撐桿圓軸方向轉動,也防止刀片轉動。

為了防止操作過程中工具滑動錯位,支撐桿與擋板接觸的一端套設有橡膠帽,以增加支撐桿與車模機旁側的擋板的摩擦力與穩定性。

筆者還提出多功能刀片,刀體為含有三條邊的多邊形,外輪廓包括兩條相互垂直的平邊,以及由曲線與直線結合的弧形斜邊,第一直角平邊的長度是第二直角平邊的1.5～2.5倍,第一直角邊同第二直角邊相交成90°。第一直角邊同弧形斜邊的直線部分相交角度為30°,第二直角邊同弧形斜邊的弧線部分結合,刀體中的直邊、弧邊、直角、30°可以滿足磨具外形輪廓的多種車削需求,并解決了需要更換刀片的問題。

7 結語

筆者研發的基于陶瓷批量生產制備石膏模具的石膏車模工具,在現有技術的基礎上改良設計,解決車模操作難題。一體式的設計具備支撐、車削、伸縮調節、旋轉置換刀片等功能,其操作靈活便捷,適用于不同造型的石膏模具的制作。