面向陶瓷墙地砖生产的薄胶模具工艺参数设计

黄俊生 卢锦忠



面向陶瓷墙地砖生产的薄胶模具工艺参数设计

黄俊生 卢锦忠

（广东省唯美陶瓷集团）

针对陶瓷墙地砖生产中出现的粘模现象，分析影响压制砖坯表面质量的原因，从模具材料和工艺参数出发，对薄胶模具进行改进，并通过试验获得薄胶模具最佳工艺参数。试验表明：改进工艺后，砖坯表面平整细腻，品质明显提高，解决了成品砖缩釉、针孔等缺陷，提高生产效率，降低成本。

薄胶模具；模具材料；工艺参数

0 引言

在陶瓷墙地砖生产中，砖坯成型因受金属模具影响易出现粘模而需不时擦模，这样会打断生产连续性。尽管将模具加热可延长擦模周期，但仍难以满足连续生产自动化的要求[1-3]。硅橡胶模具由于表面粘附一层胶模，在同样情况下可保证连续冲压而不粘模，但由于工作面硬度低（HA95），冲压的砖坯表面不如金属模具平整光滑[4-5]。粗糙的砖坯表面对于抛光砖影响不大，但对于施釉产品，需增加施釉量才能保证釉面光滑平整，导致产品成本的提高[6-7]。如何既解决粘模问题，又保证压制的砖坯光滑平整是陶瓷砖生产厂和模具制造厂共同面对的问题。本文从影响压制砖坯表面质量的原因出发，改进薄胶模具的材料及生产工艺参数，探索解决模具压缩过程中粘模问题的方法。

1 影响压制砖坯表面质量的原因分析

影响冲压砖坯表面平整度和粘模的因素主要包括粉料性能、压机模具和成型压力等[8-9]。

1.1 粉料性能的影响

1) 坯料配方中如可塑粘土用量多，制得粉料的结合力较大，模具对粉料的粘附作用大。

2) 在墙地砖生产中，为提高球磨效率、提高喷塔产量、降低制粉能耗，通常在球磨制浆过程中加入添加剂，如水玻璃（Na2SiO3）、腐殖酸钠和增强剂等。添加剂使用不当也会增加粉料的粘附力。

3) 反映粉料性能的主要参数有：粉料的含水率、容重、颗粒形状、颗粒分布、颗粒强度和粉料陈腐时间（影响水分均匀状态）等；这些因素都将直接影响粉料的性能，使压制过程中砖坯质量由于粉料原因导致出现粘模现象。

1.2 压机模具的影响

1) 模具表面硬度的影响，金属模具表面硬度高（HRC100），冲压的砖坯表面光滑平整，但易粘模。

2) 将模具加热能减弱或消除模具与固体-水之间的物理吸附，延长擦模时间；加热温度低时，吸附作用力降低得不明显，将温度提高并控制在60℃～80℃，对减少粘模作用较大；但还是无法满足砖坯平整度和擦模时间的要求。

3) 模具材质的影响，不同材质的模具对粉料的粘附作用不同。在非金属材料中橡胶和塑料的化学稳定性较好。当非金属模具贴胶和喷塑后，粉料频繁摩擦时仅产生较低的物理和化学吸附力。生产实践证明，经过表面处理的金属模具不易粘模，如：进口的全自动压砖机大都采用贴胶模具，其目的也是为了减少压制成型过程中模具的粘模。

4) 模具工作表面粗糙度的影响，模具的工作面越粗糙越容易粘模，反之光滑的表面不易粘模；模具的光滑程度用粗糙度数值表示，模具越光滑粗糙度数值越低，对粉料的吸附等作用越小，越不易粘模，反之粘模越严重。

5) 贴胶模光洁度和硬度对砖坯质量的影响，压机贴胶模的材料为橡胶或塑料，胶模粗糙度和硬度是影响砖坯质量的主要因素，胶面粗糙度容易解决，同样当胶模硬度较低时，在冲压时粉料颗粒容易压入胶面，造成砖坯表面粗糙。

1.3 压机及成型压力的影响

在成型压力的作用下，粉料颗粒位移产生变形、部分颗粒被压碎成为微细粉填塞在孔隙中，压制成型为具有一定强度的陶瓷砖坯；成型压力越大，施压时间越长，颗粒被压碎成微细粉的几率就越大，粘模就越严重。

事实上，通过提高成型压力达到提高砖坯表面质量的目的，受工艺和设备条件的制约。目前墙地砖生产成型单位压强在33 Mpa~39 Mpa之间，提高成型压力将影响烧成砖坯的尺寸、烧成制度以及生产工艺基础的变更。

2 薄胶模具在陶瓷墙地砖生产中的改进

为解决陶瓷工艺中模具材料和贴胶模方面的问题，本公司采用薄胶模具，从模具材料和工艺参数2个方面进行改进试验，获得最佳工艺参数。

2.1 模具材料的改进试验

1) 选用非金属材料—玻璃作为模具材料

非金属材料不容易粘模，玻璃的硬度和表面光洁度较高，但玻璃属脆性材料没有韧性。试验时，模具被压碎，试验告败。

2) 提高模具工作面的硬度和加工精度—制造镜面模具

对金属模具来说，提高模具工作面硬度和加工精度能极大减少模具的粘模，我司通过对模具表面淬火、渗碳、碳氨共渗、软氮化、电火花强化、镀硬铬及碳化钨、碳化钛及氮化钛等超硬金属陶瓷堆焊和涂层技术等一系列方法提高金属模具工作面的硬度，并保证其加工精度（如尺寸精度、形状位置精度和表面粗糙度等），以抵抗粉料中硬颗粒（如石英、长石颗粒）对模具表面的划伤、雕刻，降低摩擦等损伤，达到减少粘模、提高砖坯表面平整度的目的。

通过与佛山3间模具厂合作，先后选用多种进口材料，采用先进的抛光技术制成了3套镜面模具，配合塑胶行业先进的热流道液体加热系统（2件600 mm的模具加热温差小于5℃），将模具加热到80℃恒温，试验时冲压的砖坯十分光滑；但这种镜面模压制时间持续半个小时仍出现粘模。

3) 采用贴胶模具

非金属材料（如橡胶和塑料）的化学稳定性较好，非金属模具（包括贴腔模具和喷塑模具）与粉料的摩擦产生剪切小、吸附力极低，所以非金属模具很少擦模。综合金属模具和橡胶模具的优点，在金属模具上贴一层胶模，贴胶模具对工作面硬度及表面光洁度的要求与金属模具一致。考虑贴胶模具工作面硬度低，压制过程粉料划伤胶模表面使工作面粗糙导致粘模，所以用于贴胶模具的材料应具备下列基本性能：①具有较高的防粘性及憎水性，对陶瓷粉料无粘附作用；②具有较高的机械强度和良好耐磨性、耐热性；③与金属基体的结合能力大，且贴膜后模具表面光滑；④所采用的贴胶工艺简单、成本低廉和使用寿命较长。

通过与某模具厂合作，解决了在贴胶工艺中容易脱胶和精度（四周误差）超差等一系列工艺难点，在模具表面粘贴0.20 mm的薄胶模，使成型模具实现了模具表面材质与硬度、表面光洁度的统一。

2.2 薄橡胶模具的工艺改进与试验

1) 胶面硬度的改善

薄胶模在工业园一分厂E石代地砖线上投入使用。第一次试验将模具胶面硬度提高到HV100，由于胶面硬度太高，压制2小时后局部出现粘模；后将胶面整硬度降至HV98-99，问题得到解决。

2) R位的R角调整

由于胶面厚度较薄，在开始压胶时沿用了原来的母模，其R位的R是6 mm、R深为0.5 mm，使用时出现了脱胶现象，影响模具的使用寿命；将R调整至R10、R深0.35 mm ~0.40 mm，问题得到解决。

3) 胶面厚度

采用的胶面厚度为0.35 mm，冲压砖坯的表面效果改善不大；把胶面厚度降至0.2 mm，冲压的砖坯效果较以前有明显的提高；把胶面厚度改成0.1 mm，冲压的砖坯平整光滑和金属镜面模具效果十分接近，但使用10分钟后局部胶面有损坏。通过测量，分析胶面破损原因，发现由压胶时的误差引起。目前，模具厂胶面精度四周和中间的误差为0.05 mm，较好时控制在0.06 mm左右，有时会达到0.1 mm的误差；而本司的模具胶面厚度是0.1 mm，这样就出现模具胶面厚薄不一，甚至局部仅有0.01 mm~0.02 mm厚；胶面过薄时容易磨蚀破损。

综合以上工艺参数的改进与试验，得到薄胶模具最佳工艺参数为：胶面硬度HV98；胶面厚度0.2 mm；瓷片产品模具刃口宽度为0.15 mm~0.20 mm，R角为10°，R深为0.35 mm~0.40 mm；地砖产品模具刃口宽度0.35 mm ~0.40 mm，R角为10°，R深为0.50 mm ~0.70 mm。

2.3 薄橡胶模具工艺改进的实际应用效果

1) E石代等地砖产品

由于薄胶模具的推广使用，工业园一厂将E石代的冲压方式由原反打改成正打，砖坯表面平整细腻，砖坯质量明显提高；解决了由于反打砖坯粘粉而引起的成品砖缩釉、针孔等缺陷，且每条生产线减少擦坯工一名。装饰厂E石代产品使用薄胶模后，较大改善了产品的釉面质感，解决了因釉面粗糙长期受到客户质疑的问题，使整个产品质量水平得到提高。

2) 瓷片产品

瓷片产品成型压力较低，砖坯表面粗糙。为提高釉面平整度和质感，靠加大施釉量来保证釉面质量；釉的消耗量增加导致成本居高不下，施釉量成为瓷片产品釉面质量和成本的焦点。薄胶模具的使用有效解决了上述问题，为公司瓷片产品提升档次起了决定性的作用。目前在釉面质量有较大提高的情况下，施釉量降低、成本下降。大规格高光产品通过使用薄胶模，施釉量降低，成本下降0.70元/m2，公司今年上半年产量180万m2，节省成本126万元/半年。

3 结语

通过对薄胶模具的材料及工艺进行改进研究和试验，有效解决砖坯压制过程粘模现象，保证了砖坯表面平整光滑，产品釉面质感提升，并且成本大幅度下降，经济效益明显，具有很好的应用前景。

[1] 周如英,曹世璞.砖坯的挤出成型(一)[J].砖瓦,2014(2):7-11.

[2] 周如英,曹世璞.砖坯的挤出成型(二)[J].砖瓦,2014(3):19-24.

[3] 刘遵建,刘姝迪.解决压铸件粘模缺陷的具体措施[J].铸造,2016,65(1):95-99,103.

[4] 王宣,代晓波,董玉德.基于SolidWorks的陶瓷模具参数化设计[J].西安工程大学学报,2014,28(3):293-297.

[5] 冯艳,杨雪峰,林启权,等.高强钢无凸缘方盒拉深粘模位置预测模型研究[J].热加工工艺,2014,43(1):104-108.

[6] 于世超,李辉,丁松雄,等.两种不同工艺制备陶瓷砖坯体粉料的物理性能[J].硅酸盐通报,2013,32(5):961-964.

[7] 李少平,卢广坚,王贵生.釉面砖平整度的影响因素及控制[J]. 佛山陶瓷,2010,20(5):19-20.

[8] 杨玲琳.基于有限元方法的陶瓷泥料辊压成形工艺参数的研究[D].景德镇:景德镇陶瓷学院,2008.

[9] 钟保民.砖坯抛光进砖方向对抛光砖平整度的影响[J].佛山陶瓷,2000,10(4):23-25.

Design of Process Parameters for Thin Plastic Mold for Ceramic Wall and Floor Tiles

Huang Junsheng Lu Jinzhong

(Guangdong Province Aestheticism Ceramics Group)

Focusing on the problem of viscose in the production of ceramic tiles, the thin plastic mold was improved in the mold material and process parameters, by analyzing the reason of the quality of the pressed brick. The best process parameters of the thin plastic mold were obtained. The test results show that the brick surface is smooth and fine, and the quality of brick is obviously improved, while the defects such as shrinkage glaze and pinhole are solved. The production efficiency is improved, and the cost is reduced, while the economic benefit is achieved.

Thin Plastic Mold; Mold Material; Process Parameter

黄俊生，1972年生，大专，主要从事陶瓷设备的管理与创新工作。

卢锦忠，1968年生，大专，主要从事集团内设备的管理、研发及创新工作。