2模具的设计原则
模具的结构和尺寸应根据产品的形状来确定。如果按产品外形设计的模具不能保障得到合格的坯体,则必须将产品的形状和结构作适当的修改。例如:我公司在安装山东华盛制作的300mm300mm-2W盖模后,生产不正常,因压制的坯体周边破裂而得不到合格的坯体。经过分析,断定是脱模不良,当坯体从模腔内退出时因膨胀受阻变形而破损。基于此因,决定修改衬板的坡口,按斜度1/20将原来设计的0.25/5加大到0.3/6,修复后重新安装,试产成功。
要保障瓷砖外形规整,设计模具时要考虑以下因素。
21产品规格、压机对模具结构的要求
根据产品规格尺寸、压机型号(吨位)、压机立柱间距及台面尺寸可设计单腔、双腔或多腔模具。SITI803型压机引进时主要生产小规格马赛克、外墙砖,故设计的模具有72mm72mm-32W盖模、60mm240mm-14W盖模等。由于瓷砖生产趋向于大规格,逐步设计制作了300mm300mm-2W盖模和400mm400mm-1W插模,以用于生产玻化地砖。SITI1703型压机台面尺寸为1390mm790mm,目前已为其设计制作了550mm550mm-1W、500mm500mm-2W、400mm400mm-2W等插模。
2.2压制工艺对模具的要求
为SITI803型压机可以设计盖模,也可以设计插模。一般对小规格马赛克产品设计盖模,以避免因上模串动机率大而造成频繁卡模现象;对大规格玻化地砖最好设计插模,以利于生产。SITI1703型压机用于生产大规格玻化砖,要设计成插模。
上下模芯与衬板之间必须保证一定的间隙,以利于排气,又不致使过细粉料漏掉。同时,在设计上下模芯时在厚度方向上要做成0.6mm左右的销,将下模芯加工成导向筋结构,便于上下运行及排气。
排气好坏取决于压制成形用的粉料构造。粉料是通过造粒作用形成的团粒组成,具有良好的颗粒级配,且颗粒呈球形,易于均匀充满模腔各部位,但其内包裹着大量气体,占其容积的40左右,故在压制时首先要使粉料中的空气减少,并且保证空气顺利排出。
为保证粉料不易粘模,除采用电热装置外(一般在冬季使用),还要保持模具与坯料接触工作面的高光洁度,而对非工作面光洁度的要求可稍低一些。
为保证坯体的平整度及规整度,模芯、衬板与粉料的接触工作面及安装面除应具有高光洁度外,还应保证一定精度的形位公差。
为克服坯体出模时产生的掉边掉角缺陷,衬板上应保证一定的脱模斜度,也称坡口,以使模具顺利从模腔内退出。
砖坯在干燥、烧成过程中有不同程度的收缩,收缩率依据坯料的性质还受工艺操作方法的影响。为此,设计模具时必须根据要求的成品尺寸及坯料收缩率放尺。
为了克服填料不均、密度不一致等缺陷,尤其对压制大规格瓷砖来说,应选用橡胶等静压上模芯,这样可以大大减少填料的影响。
3模具的设计
以SITI1703型压机400mm400mm-2W插模为例来进行设计。以下图中和文中单位均为mm.
3.1上下模芯及衬板的放尺
压制成形的砖坯脱模后,因外压力消除而使颗粒间气体膨胀,所以其尺寸稍大于模腔内坯体尺寸。膨胀大小同压机压力、坯料种类亦有关系,因此不能以脱模后生坯尺寸为设计依据,应以模腔内坯体尺寸为准。
设成形时模腔内最大长度为L0,烧成后长度为L,产品收缩率S=L0-LL0100式中:L=L01-S玻化砖的给定收缩率为9,则:
L=4001-9=43956即模腔内坯体最大长度为439.56mm.玻化砖外观尺寸为400mm400mm.
图中439.6mm是439.56mm的近似值,其差为0.04mm.
根据经验将上模插入模腔内,加压成形处与衬板单边间隙为013mm,下模与衬板单边间隙为0.08mm,以此为设计依据。
上模长度L上=L-0132=43930;下模长度L下=L1-0082-004=43830;短衬板长度L短=L1-004=4385-004=43846模框未装衬板前,型腔尺寸L腔=L短 2衬板厚度。一般取衬板厚度20mm左右,随衬板长度增减,估算衬板厚度22mm.
L腔=43846 222=48246修正型腔尺寸为4825衬板实际厚度=(4825-43846)2=22023.2衬板斜面的设计
可知,衬板外形大致。
已知坯料压缩比为21,料室深度由坯料压缩比及砖坯厚度决定。
布料深度=9.92=198压机布料后下模先模降一次,上模才开始分次挤压,一次模降量为1.8mm,料室深度H=19.8 1.8=21.6衬板曲面深度H1=料室深度-下模面下凹深度=216-05=211由可知,曲面深度39段,宽度a=(439.6-4385)2=055斜面深度=H1-28=183脱模角度=25时,宽度b=(18.3-18)tg2.5=072;宽度c=055-39tg2.5=038其中急坡宽0.28,以满足脱模要求。
4模具材料的选用及技术要求
选用模具材料时既要考虑成本,也要考虑材料的硬度、韧性、热膨胀系数等物理性能,以保证模具的使用寿命。
模具材料:下模芯衬板为Cr12M0V或Cr12,热处理硬度为HRC58-62;上模芯及其它部件选用45
钢,热处理硬度为HB220-260下面是部分技术指标:模芯、衬板尺寸公差0.02mm;上下模芯、衬板(除斜面外)六面相互平行度、垂直度允差0.02mm;上模芯与衬板间距0.070.10mm;衬板装配后型腔尺寸438.460104384601;模具与料粉接触面及安装面光洁度为08.
5总结
以上主要对模具的主要配件上、下模芯及衬板的主要尺寸及结构进行了设计,至于模具的总体设计,还要参考压机冲程及模具高度、压机台面结构、推顶杆锁紧头形状等。
根据SITI压机给定的产品外形,同时考虑其它各要素而设计的模具,在生产中使用正常,未出现过失误。既保证了生产的正常进行,同时也保证了产品的质量要求。几年来,通过设计制作模具体会到,除要保证模具的相关尺寸及精度外,还应注意的问题有:模具胶面的质量及其压制工艺要过关,避免因胶面引起坯粉粘模及开胶;总体制作中要注意推顶板上的推顶杆锁孔燕尾槽的加工;模具装配要做到精细、到位。