陶瓷热压铸模具设计的几点思考

2009-12-05 李锋娟陕西宝光陶瓷科技有限公司

　　陶瓷热压铸生产历史悠久,已有上百年的历史了,随着人们对陶瓷的认识的不断加深,陶瓷加工工艺方法在不断改进,尽管如此,人们对相应的模具设计理念也发生了很大的变化,模具的技术含量也相应增加,导致模具的结构和布局发生了很大的变化。陶瓷热压铸生产的流程简单,易于异型件,结构件的加工及小型绝缘子的加工。其生产加工一般流程为模具设计、热压铸成型、素烧、烧结、检验、入库。在生产中,大多数采用净尺寸成型,但有少量采用毛坯成型,后车加工保证部分外形特征,以减少模具的费用和节约成本。

　　陶瓷模具成型加工可实现少、无切削加工,模具成型具有制品精度高,粗糙度小,不需要进行精加工,由此避免了切削加工。其次,模具成型具有优质、高产、低耗、低成本等特点,因此应用范围广。而模具设计水平的高低及质量的好坏,对产品的精度、余量、生产率、成本及先进设备的利用率起决定性的作用。

1、模具设计的理念

　　根据陶瓷制品的特征,兼顾生产的规模,在热压铸磨具设计时,小批量的生产及研制大多采用单一模具的形式,即一次成型一个制品,并尽可能的采用净尺寸成型,后续无需机械加工,休坯后直接烧结即可。而大批量的生产需要设计一腔多模的模具,即一次注浆成型可产生很多毛坯。无论如何,根据产品的公差等级及精度要求、形位、圆度、垂直度等要求,设计的模具即要利于注浆成型,又易于脱模,成品率高,劳动强度低,模具结构简单。在现代陶瓷生产中,工程技术人员更注重对模具成本的控制及模具的结构简单化设计。

　　(1) 模具材料一般选用锻铁、铸铁或硬铝、45#钢,以前也有用铜作模具材料的,现在基本已淘汰。

　　(2) 成型部分(形腔) 的尺寸,需根据制品的尺寸乘以放尺系数。

　　(3) 应有排气槽,防止毛坯件发生“抽心”、包裹气体等现象。排气槽一般为“V”、“r”形,但现在大多做成“U"形。槽的数目视“伞柄”部分直径的大小而定,在小于20mm 时至少有三条均匀分布于圆周上,也可以有四条均匀分布在圆周上。

　　(4) 注浆口一般为喇叭口,角度看制品大小而定,角度一般在5°～20°。对于小型绝缘子一般选择5°～10°即可,并可适当延长铸口呈椭圆状喇叭口。

2、模具设计方法

　　模具设计采用Solidwork三维模型绘图,待结构优化处理后,直接生成AutoCAD二维平面图,或直接用CAXA电子图板绘制三视图生成。

2.1、模具尺寸

　　模具尺寸主要指型腔部分的尺寸,在净尺寸成型中,模具型腔尺寸非常重要,是保证陶瓷制品在烧结后尺寸在要求范围内的关键。型腔尺寸应根据陶瓷制品的尺寸和95%氧化铝热压铸料烧成制品时的收缩情况来计算,即模具尺寸等于名义尺寸除以收缩系数或名义尺寸乘放尺系数。如放尺系数为1.150 ,制品尺寸为<3 ^{+ 0.1} mm 时,尺寸计算为3 ×1.150 = 3.450 ,0.1 ×1.150 = 0.115 , 其模具尺寸可取<3.456-0.02 mm(中间值) 。

2.2、放尺系数

　　实际工业生产中,往往使用放尺系数来确定模具的尺寸。放尺系数即在制品尺寸基础上,由于粘结剂等在原料中的加入,原料形成的毛坯尺寸大于制品尺寸,毛坯尺寸除以相应的制品尺寸即为放尺系数a , a 的值一般大于1 。对放尺系数的确定要单独进行,测试放尺系数的模具设计尽可能接近产品的结构和状态,同时兼顾通用化。工艺过程要求和加工产品的过程完全相同,技术参数也相同。这样确定的放尺系数可准确到0.001 ,计算得模具尺寸可有效保证制品的精度要求。如毛坯尺寸为<3.450 mm ,制品尺寸为<3 ^{+ 0.1} mm 时,烧结后制品尺寸满足<3 ^{+ 0.1} mm , 则放尺系数为3.450 ÷3 =11.50 。

2.3、结构设计

　　结构设计尽可能使模具结构简单化,以利于提高生产效率,减小劳动强度。力求模具排气槽的位置能使气体顺畅排出,利于毛坯生成;注浆口的大小不影响脱模,也不会对毛坯形成拉伤或撕裂。

2.4、表面要求

　　型腔表面的光洁度要求不低于0.002μm ,并须经研磨、抛光、镀铬、再抛光。对于铝模光洁度不低于0.008μm ,但表面不能抛光,否则会引起毛面。

2.5、绘图

　　直接用计算机辅助制图或先生成三维模型图,结构确定后再转化成二维平面图。

3、模具的热处理和加热处理

　　模具在完成加工后根据生产实际需要,还需要对其作适当的热处理,以减少成型时的损耗。此时的损耗不仅包括模具本身的损伤,还包括毛坯件的缺陷损耗。热处理的目的即可以增强材料的强度,也可以减少毛坯的缺陷发生。热处理方法根据材料不同方法也不同,但遵循材料的一般热处理规律,这里不再赘述。主要就加热处理作适当的介绍。

3.1、钢模的加热处理

　　加热处理的目的是型腔表面形成一层蒸汽膜,以便于脱模。一般加热处理的温度在120 ℃到140 ℃之间。但实际中大多数生产厂家不做加热处理,即使处理时也草率了事。主要原因是模具加工人员不了解陶瓷材料的特性,陶瓷设计人员不了解机械设计。成型缺陷发生时主观上形成误区,认为只要模具能保证尺寸和脱模顺畅就是合格的模具。其实加热处理可消除毛坯粘于型腔表面、毛坯开裂、橘皮(疙瘩) 等缺陷。但加热处理不当,也会造成毛坯缺陷的生成。当加热处理温度过高时,坯体表面产生大量的麻点,导致坯体开裂;加热处理温度过低时,坯体产生抽心现象,或坯体粘于钢模表面。

3.2、铝模的加热处理

　　加热处理的目的是为了促进组织均匀和再生增加模具的强度和硬度,一般加热处理的温度在100～120℃之间。

4、试模

　　在模具设计、加工完成后,其模具是否符合生产的需要,毛坯是否与理想的状态吻合,还需要再进行试模后才能确定模具是否适合生产。因此,试模的环节至关重要。

　　试模前,先检查模具合模是否完好,检查尺寸是否符合设计要求。其次,准备好注浆用蜡浆并将其熔化至注浆状态。开始试模时,原则上选择在低压、低温和较长时间下成型。然后按压力、温度、时间这样的先后顺序变动,最好不要同时变动两个或者三个工艺条件,以便分析和判断适合于成型的料浆温度参数、压力及成型时间。成型时可采用高速和低速两种形式,一般在制件壁薄而面积大时,采用高速注浆,即增大压力成型,而壁厚而面积小的采用低速成型。经试模合格的模具,需油封保存。