陶瓷熱壓鑄模具設計的幾點(diǎn)思考
陶瓷熱壓鑄生產(chǎn)歷史悠久,已有上百年的歷史了,隨著(zhù)人們對陶瓷的認識的不斷加深,陶瓷加工工藝方法在不斷改進(jìn),盡管如此,人們對相應的模具設計理念也發(fā)生了很大的變化,模具的技術(shù)含量也相應增加,導致模具的結構和布局發(fā)生了很大的變化。陶瓷熱壓鑄生產(chǎn)的流程簡(jiǎn)單,易于異型件,結構件的加工及小型絕緣子的加工。其生產(chǎn)加工一般流程為模具設計、熱壓鑄成型、素燒、燒結、檢驗、入庫。在生產(chǎn)中,大多數采用凈尺寸成型,但有少量采用毛坯成型,后車(chē)加工保證部分外形特征,以減少模具的費用和節約成本。
陶瓷模具成型加工可實(shí)現少、無(wú)切削加工,模具成型具有制品精度高,粗糙度小,不需要進(jìn)行精加工,由此避免了切削加工。其次,模具成型具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、低成本等特點(diǎn),因此應用范圍廣。而模具設計水平的高低及質(zhì)量的好壞,對產(chǎn)品的精度、余量、生產(chǎn)率、成本及先進(jìn)設備的利用率起決定性的作用。
1、模具設計的理念
根據陶瓷制品的特征,兼顧生產(chǎn)的規模,在熱壓鑄磨具設計時(shí),小批量的生產(chǎn)及研制大多采用單一模具的形式,即一次成型一個(gè)制品,并盡可能的采用凈尺寸成型,后續無(wú)需機械加工,休坯后直接燒結即可。而大批量的生產(chǎn)需要設計一腔多模的模具,即一次注漿成型可產(chǎn)生很多毛坯。無(wú)論如何,根據產(chǎn)品的公差等級及精度要求、形位、圓度、垂直度等要求,設計的模具即要利于注漿成型,又易于脫模,成品率高,勞動(dòng)強度低,模具結構簡(jiǎn)單。在現代陶瓷生產(chǎn)中,工程技術(shù)人員更注重對模具成本的控制及模具的結構簡(jiǎn)單化設計。
(1) 模具材料一般選用鍛鐵、鑄鐵或硬鋁、45#鋼,以前也有用銅作模具材料的,現在基本已淘汰。
(2) 成型部分(形腔) 的尺寸,需根據制品的尺寸乘以放尺系數。
(3) 應有排氣槽,防止毛坯件發(fā)生“抽心”、包裹氣體等現象。排氣槽一般為“V”、“r”形,但現在大多做成“U"形。槽的數目視“傘柄”部分直徑的大小而定,在小于20mm 時(shí)至少有三條均勻分布于圓周上,也可以有四條均勻分布在圓周上。
(4) 注漿口一般為喇叭口,角度看制品大小而定,角度一般在5°～20°。對于小型絕緣子一般選擇5°～10°即可,并可適當延長(cháng)鑄口呈橢圓狀喇叭口。
2、模具設計方法
模具設計采用Solidwork三維模型繪圖,待結構優(yōu)化處理后,直接生成AutoCAD二維平面圖,或直接用CAXA電子圖板繪制三視圖生成。
2.1、模具尺寸
模具尺寸主要指型腔部分的尺寸,在凈尺寸成型中,模具型腔尺寸非常重要,是保證陶瓷制品在燒結后尺寸在要求范圍內的關(guān)鍵。型腔尺寸應根據陶瓷制品的尺寸和95%氧化鋁熱壓鑄料燒成制品時(shí)的收縮情況來(lái)計算,即模具尺寸等于名義尺寸除以收縮系數或名義尺寸乘放尺系數。如放尺系數為1.150 ,制品尺寸為<3 + 0.1 mm 時(shí),尺寸計算為3 ×1.150 = 3.450 ,0.1 ×1.150 = 0.115 , 其模具尺寸可取<3.456-0.02 mm(中間值) 。
2.2、放尺系數
實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中,往往使用放尺系數來(lái)確定模具的尺寸。放尺系數即在制品尺寸基礎上,由于粘結劑等在原料中的加入,原料形成的毛坯尺寸大于制品尺寸,毛坯尺寸除以相應的制品尺寸即為放尺系數a , a 的值一般大于1 。對放尺系數的確定要單獨進(jìn)行,測試放尺系數的模具設計盡可能接近產(chǎn)品的結構和狀態(tài),同時(shí)兼顧通用化。工藝過(guò)程要求和加工產(chǎn)品的過(guò)程完全相同,技術(shù)參數也相同。這樣確定的放尺系數可準確到0.001 ,計算得模具尺寸可有效保證制品的精度要求。如毛坯尺寸為<3.450 mm ,制品尺寸為<3 + 0.1 mm 時(shí),燒結后制品尺寸滿(mǎn)足<3 + 0.1 mm , 則放尺系數為3.450 ÷3 =11.50 。
2.3、結構設計
結構設計盡可能使模具結構簡(jiǎn)單化,以利于提高生產(chǎn)效率,減小勞動(dòng)強度。力求模具排氣槽的位置能使氣體順暢排出,利于毛坯生成;注漿口的大小不影響脫模,也不會(huì )對毛坯形成拉傷或撕裂。
2.4、表面要求
型腔表面的光潔度要求不低于0.002μm ,并須經(jīng)研磨、拋光、鍍鉻、再拋光。對于鋁模光潔度不低于0.008μm ,但表面不能拋光,否則會(huì )引起毛面。
2.5、繪圖
直接用計算機輔助制圖或先生成三維模型圖,結構確定后再轉化成二維平面圖。
3、模具的熱處理和加熱處理
模具在完成加工后根據生產(chǎn)實(shí)際需要,還需要對其作適當的熱處理,以減少成型時(shí)的損耗 。此時(shí)的損耗不僅包括模具本身的損傷,還包括毛坯件的缺陷損耗。熱處理的目的即可以增強材料的強度,也可以減少毛坯的缺陷發(fā)生。熱處理方法根據材料不同方法也不同,但遵循材料的一般熱處理規律,這里不再贅述。主要就加熱處理作適當的介紹。
3.1、鋼模的加熱處理
加熱處理的目的是型腔表面形成一層蒸汽膜,以便于脫模。一般加熱處理的溫度在120 ℃到140 ℃之間。但實(shí)際中大多數生產(chǎn)廠(chǎng)家不做加熱處理,即使處理時(shí)也草率了事。主要原因是模具加工人員不了解陶瓷材料的特性,陶瓷設計人員不了解機械設計。成型缺陷發(fā)生時(shí)主觀(guān)上形成誤區,認為只要模具能保證尺寸和脫模順暢就是合格的模具。其實(shí)加熱處理可消除毛坯粘于型腔表面、毛坯開(kāi)裂、橘皮(疙瘩) 等缺陷。但加熱處理不當,也會(huì )造成毛坯缺陷的生成。當加熱處理溫度過(guò)高時(shí),坯體表面產(chǎn)生大量的麻點(diǎn),導致坯體開(kāi)裂;加熱處理溫度過(guò)低時(shí),坯體產(chǎn)生抽心現象,或坯體粘于鋼模表面。
3.2、鋁模的加熱處理
加熱處理的目的是為了促進(jìn)組織均勻和再生增加模具的強度和硬度,一般加熱處理的溫度在100～120℃之間。
4、試模
在模具設計、加工完成后,其模具是否符合生產(chǎn)的需要,毛坯是否與理想的狀態(tài)吻合,還需要再進(jìn)行試模后才能確定模具是否適合生產(chǎn)。因此,試模的環(huán)節至關(guān)重要。
試模前,先檢查模具合模是否完好,檢查尺寸是否符合設計要求。其次,準備好注漿用蠟漿并將其熔化至注漿狀態(tài)。開(kāi)始試模時(shí),原則上選擇在低壓、低溫和較長(cháng)時(shí)間下成型。然后按壓力、溫度、時(shí)間這樣的先后順序變動(dòng),最好不要同時(shí)變動(dòng)兩個(gè)或者三個(gè)工藝條件,以便分析和判斷適合于成型的料漿溫度參數、壓力及成型時(shí)間。成型時(shí)可采用高速和低速兩種形式,一般在制件壁薄而面積大時(shí),采用高速注漿,即增大壓力成型,而壁厚而面積小的采用低速成型。經(jīng)試模合格的模具,需油封保存。
5、國內模具發(fā)展的現狀
近年來(lái)我國的模具生產(chǎn)發(fā)展速度較快,已能滿(mǎn)足國內對中、低檔模具的需要,少量模具開(kāi)始向東南亞等國出口,模具工業(yè)逐漸發(fā)展成國名經(jīng)濟的基礎工業(yè),但很多方面還存在很大的差距。例如,CAD/CAE/CAM技術(shù)普及率不高;許多先進(jìn)的模具技術(shù)應用不夠廣泛,致使相當一部分大型、精密、復雜、長(cháng)壽命的模具需要進(jìn)口。
總之,模具設計是熱壓鑄生產(chǎn)的首要條件,是形成產(chǎn)品坯體的保證,模具設計時(shí)一定要遵循成型容易,脫模容易,結構簡(jiǎn)單的原則,才能設計出簡(jiǎn)單、合理、適用、經(jīng)濟的模具。
