第7章成形與模具

1、LOGO 第七章第七章 成形與模具成形與模具 用已制備好的坯料，制成具有一定形坯體的用已制備好的坯料，制成具有一定形坯體的 工藝過(guò)程稱(chēng)為成形。工藝過(guò)程稱(chēng)為成形。 要求：要求： 1 .尺寸符合產(chǎn)品要求。生坯尺寸為根據(jù)產(chǎn)品尺寸和 收縮率經(jīng)過(guò)放尺計(jì)算后的尺寸。要考慮干燥收縮 和燒成收縮 2 .應(yīng)當(dāng)有一定的力學(xué)強(qiáng)度。適合后續(xù)工序的操作： 如修坯，裝窯，上釉，裝飾等 3.坯體均勻，致密度比較高。 4.成形工藝合理化。適應(yīng)生產(chǎn)組合，與后續(xù)工序匹 配（產(chǎn)量），環(huán)境友好，防塵，防噪音，無(wú)其它 污染。 第一節(jié)第一節(jié) 器形的合理設(shè)計(jì)器形的合理設(shè)計(jì) 1、滿(mǎn)足使用或者研究要求 2、各部分應(yīng)當(dāng)平衡（厚度、重心） v厚度

2、不一致則干燥與燒成時(shí)間延長(zhǎng) v重心偏則有可能在干燥與燒成過(guò)程中傾倒 3、避免曲率變化過(guò)大 容易引起應(yīng)力集中（干燥和燒成收縮不一致） 第二節(jié)第二節(jié) 成形方法的分類(lèi)與選擇成形方法的分類(lèi)與選擇 一、分類(lèi) 1、注漿成形法 v熱注（加石蠟，加熱，鋼模） v冷注（加水、石膏模、塑料模） 2、可塑成形法 手工、滾壓、旋壓、擠壓、塑壓等 3、壓制成形法 等靜壓、干壓、半干壓 二、方法的選擇 1、產(chǎn)品形狀 v扁平板狀：壓制 v簡(jiǎn)單回轉(zhuǎn)體：可塑 v復(fù)雜體，產(chǎn)量少，注漿 2、坯料的工藝性能 可塑性好：可塑成形 3、產(chǎn)品的產(chǎn)量與品質(zhì) v產(chǎn)量大，壓制，可塑 v產(chǎn)量小，注漿 v要求高、等靜壓、熱壓注 4、成形階段易于操作

3、和形成自動(dòng)生產(chǎn)線 5、成本：比較壓制成形與注漿成形 第三節(jié)第三節(jié) 可塑成形可塑成形 一、滾壓成型 （一）滾壓特點(diǎn)與操作方法（一）滾壓特點(diǎn)與操作方法 陰模滾壓陰模滾壓：適宜成形口徑小、 深的產(chǎn)品。水分可以稍多， 可塑性可稍低，滾頭中心線 應(yīng)當(dāng)超出石膏模中心線，如 果中心線重合，則在中心線 的相對(duì)速度為0，中心壓力過(guò) 小，不致密，導(dǎo)致收縮不一 致。 應(yīng)當(dāng)留出排氣的空間。 陰模滾壓：陰模滾壓： 陽(yáng)模滾壓：陽(yáng)模滾壓：適宜成形扁平、寬 坯體內(nèi)表面有花紋的產(chǎn)品。泥料 在模型外，水分少些才不致甩離 模型，泥料的可塑性要高些。 滾壓頭：滾壓頭： 在滾頭中裝進(jìn)熱絲加熱， 接觸濕的泥料時(shí)，滾頭表面先形 成一層蒸汽

4、膜，可防止泥料粘滾 頭。采用熱滾頭對(duì)泥料水分要求 不嚴(yán)格，適應(yīng)性廣，但要嚴(yán)格控 制滾壓頭的溫度。 采用冷滾壓則設(shè)備簡(jiǎn)單， 并且可以采用憎水的塑料滾頭。 但要求泥料水分低些，可塑性好 些。 陽(yáng)模滾壓：陽(yáng)模滾壓： （二）滾壓頭（二）滾壓頭 1.滾壓頭傾角 滾頭中心線與模具中心線的夾角。 小，滾頭直徑大，泥料受壓面積大，坯體較致密； 過(guò)小，則排泥困難，甚至空氣排不出去。 大，滾頭直徑小，排泥容易，泥料受壓面積?。贿^(guò) 大，則易于粘滾頭，坯體底部不平，坯體密度不夠。 一般，15-300 2.滾壓頭壓力 壓力過(guò)大則不易脫模和易于 壓壞模具。 壓力小坯體密度不夠。 3.滾壓頭中心線要超過(guò)模具中心線 1-3m

5、m 4.深形制品滾頭中心線與模具中心線平行 5.滾頭材料 鑄鐵等金屬材料-適合熱滾壓 聚四氟乙烯等塑料-適合冷滾壓 （三）滾壓工藝參數(shù)控制（三）滾壓工藝參數(shù)控制 1.泥料 可塑性較好，延伸變形量較大，屈服值較高，含水 率低。 屈服值低易于粘滾頭。 陽(yáng)模滾壓泥料的延伸變形量要大（可塑性好），含 水率較低。陰模滾壓泥料可塑性可稍差，水分可稍 高。 冷滾壓泥料的水分要低，可塑性要好，熱滾壓對(duì)泥 料要求低些。 大產(chǎn)品泥料水分要低于小產(chǎn)品水分 滾頭轉(zhuǎn)速快，泥料的含水率要低些，否則，易粘滾 頭和飛泥。 含水率一般為18%-26% 2.滾壓過(guò)程 滾頭開(kāi)始接觸泥料時(shí)要輕-布泥（均勻增加速度和壓 力）-表面趕光

6、（壓力大而穩(wěn)）-滾頭離開(kāi)（緩慢減 壓） 一般需要幾秒到十幾秒時(shí)間 3.主軸和滾壓頭轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速比的控制 主軸轉(zhuǎn)速高，成形效率高。 陰模滾壓主軸轉(zhuǎn)速可比陽(yáng)模滾壓高，陽(yáng)模滾壓 轉(zhuǎn)速太快容易飛泥。 主軸轉(zhuǎn)速隨產(chǎn)品的增大而減小。 為了防止“飛模”，應(yīng)當(dāng)注意模型的固定。 主軸轉(zhuǎn)速一般在300-800rpm,有的可達(dá) 1000rpm。 主軸轉(zhuǎn)速：滾頭轉(zhuǎn)速：（方向相同） 陽(yáng)模滾壓：1:0.6-0.8 陰模滾壓：1:0.5-0.7 二、旋壓成形二、旋壓成形 類(lèi)似于陽(yáng)模滾壓成形，但無(wú)滾頭，而有一樣 板刀， 在石膏模轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，樣板刀壓下泥料充填于空 間中而成坯體形狀，余泥沿樣板刀上爬，產(chǎn)品質(zhì)量 比滾壓低，效率也低，但

7、投資少。p286 三、擠壓成形三、擠壓成形 采用真空練泥機(jī)、螺旋或活塞式擠坯機(jī)，經(jīng)過(guò) 機(jī)嘴定型，成形陶瓷管、多孔陶瓷，熱電偶套管等 管狀、棒狀形狀的坯體，也可成形板材。坯體的截 面形狀由機(jī)頭內(nèi)部形狀確定，長(zhǎng)度根據(jù)需要進(jìn)行切 割?？沙尚握惩临|(zhì)坯料或加了粘合劑的瘠性料，要 求泥料可塑性好，瘠性料多的配方加聚乙烯醇、羧 甲基纖維素、丙三醇、桐油等。 坯料應(yīng)真空處理。 四、車(chē)坯成形四、車(chē)坯成形 適于外形復(fù)雜的圓柱形產(chǎn)品，如：電瓷套管， 絕緣子等。 v干車(chē)泥料含水率6%-11% 有塵，損刀 v濕車(chē)泥料含水率16%-18% 無(wú)塵 實(shí)際可用等靜壓成形含水率更低的棒，然后再 用碳化鈦等陶瓷刀車(chē)。 五、其它可塑

8、成形方法 1、塑壓成形 20世紀(jì)70年代發(fā)展，含水率23%-25%，壓制 時(shí)可脫除部分水分。壓力2.5-7MPa，壓力高，泥 料水分低，脫模后的變形小，目前成形脫水量較少， 減少1-3%左右。 2、注塑成形（注射成形）p291-294 類(lèi)似于熱壓注成型，兩者都是使用瘠性料與有 機(jī)添加劑混合的料，都有混合、成形、排蠟（脫脂） 這三大工序。注塑成形壓力大（130MPa左右）， 熱壓注壓力較?。?.3-0.5MPa） 陶瓷瘠性料與結(jié)合劑（熱塑性樹(shù)脂等）、潤(rùn)滑 劑、增塑劑加熱混合均勻，粉碎造粒，注塑成形， 脫脂。與熱壓注不同是干粉進(jìn)入注塑成形機(jī)，加 熱后成形。 3、雕塑、印坯與拉坯 第四節(jié)第四節(jié) 注漿

9、成型注漿成型 一、機(jī)理 1、石膏的吸水能力 控制石膏的毛細(xì)孔直徑和吸水率。 水與石膏的比例為（70-80）：100，具有最大 吸漿速率。 理論上，由CaSO41/2H2O形成 CaSO42H2O。 只需要加19%的水，多加水形成氣孔和一定的吸水 率。 2、泥層阻力 (1)塑性原料多，阻力大。 （ 干燥強(qiáng)度大，需要綜 合考慮。） (2)細(xì)顆粒多，阻力大。 對(duì)大件制品，增粗顆粒減 小阻力。 (3)加入解凝劑減少泥漿水分，會(huì)使流動(dòng)性增加， 但坯體致密度高，泥層阻力增大。在泥漿中加入 少量絮凝劑，使形成的坯體結(jié)構(gòu)疏松，可以加快 吸漿速度，如加少量的含Ca2+、Mg2+的硫酸鹽 或氯化物。 v對(duì)泥漿的要

10、求：對(duì)泥漿的要求： v流動(dòng)性好 v穩(wěn)定性好 v各組分要長(zhǎng)期保持均勻一致 v具有適當(dāng)融變性 太大易于凝固而堵塞通道，不利于澆注 太小生坯在輕微振動(dòng)下就軟塌 v含水量要少 v濾過(guò)性要好 v形成的坯體要有足夠的強(qiáng)度 v坯體容易脫模 泥漿中不含氣泡 泥漿細(xì)度 泥漿細(xì)度因產(chǎn)品大小形狀復(fù)雜程度而不同，小 型產(chǎn)品的漿料細(xì)度比大型產(chǎn)品的細(xì)度要求更細(xì)， 否則易出現(xiàn)厚度不均現(xiàn)象。 泥漿過(guò)細(xì)會(huì)影響泥層的濾過(guò)性。 3、提高吸漿過(guò)程的推動(dòng)力 （1）提高毛細(xì)管吸力，靠實(shí)驗(yàn)確定 一般70-80：100（水膏比） （2）對(duì)泥漿加壓 增加P （3）對(duì)模具抽負(fù)壓 4、降低泥漿粘度 提高泥漿和模具的溫度 3. 提高吸漿速度的途徑提

11、高吸漿速度的途徑 細(xì)度細(xì)度，可塑粘土泥，可塑粘土泥：濾過(guò)性，含水量，懸浮性 溫度溫度：粘度，流動(dòng)性，注漿時(shí)間（每升高10C，注漿 時(shí)間縮短1/4）， 濾過(guò)性 強(qiáng)可塑性粘土用量少，容易獲得水分疏散快， 干燥快，脫?？斓哪酀{，但坯體往往不致密，強(qiáng) 度差，易開(kāi)裂，泥漿懸浮性差，易沉淀，導(dǎo)致坯 體各部位成分有差異。 (1)優(yōu)化泥漿組成 a. 塑性料與瘠性料比例 b. 顆粒組成（細(xì)度，級(jí)配） c.含水率（含水率低，形成泥層的速度快） d.添加劑 （2）改善工藝條件 a.適當(dāng)提高溫度（泥漿溫度提高10，注漿時(shí)間縮 短1/4） b.真空處理泥漿 c.泥漿預(yù)榨泥 排除可溶性鹽、可溶性有機(jī)膠體、部分超細(xì)顆 粒。

12、 d.部分粘土原料進(jìn)行干燥處理 e.降低泥漿水分 f.強(qiáng)化注漿 真空注漿、壓力注漿、離心注漿等。 （3）改進(jìn)模具 a.適當(dāng)?shù)目紫堵屎涂紫吨睆剑?b.提高模具強(qiáng)度。 二、基本注漿方法 1、空心注漿(單面注漿） 一面有模具，表面光滑或有花紋。 泥漿的密度不能太大(1.65-1.8)，觸變性不 能太大（厚化系數(shù)1.1-1.4)，細(xì)度比實(shí)心注漿小 （萬(wàn)孔篩篩余0.5-1%），防止空漿時(shí)形成泥縷 和塌坯。 2、實(shí)心注漿（雙面注漿） 二面都有模具，光滑或有花紋 泥漿密度（1.8-1.95）、細(xì)度（萬(wàn)孔篩篩余 1-2% ）、觸變性都可比空心注漿稍大（厚化系 數(shù)1.5-2.2) 。注漿時(shí)要使模具各部位的干燥程

13、度 一致（含水5%左右），表面要清潔，以避免坯 體的水分不一致而開(kāi)裂與變形，（收縮不一致）， 澆注時(shí)不要過(guò)急，要使空氣能夠順暢排出，否則 出現(xiàn)氣孔與針眼。 三、強(qiáng)化注漿三、強(qiáng)化注漿 （一）真空注漿 模型外面抽真空，造成模型內(nèi)外的壓力差， 提高注漿成形的推動(dòng)力?？擅黠@提高吸漿速度， 減少坯體的氣孔與針眼。真空度提高，效率可 以提高到8倍左右。 （二）離心注漿 向旋轉(zhuǎn)的模型中注入泥漿，在離心力的作 用下，泥漿甩向模型的壁面，氣泡密度小而在 中間部位，最后破裂消失，坯體致密，厚度均 勻，變形較小。要求顆粒的分布比較窄，否則 易于分層，導(dǎo)致收縮不一致。 （三）壓力注漿 v高壓 大于0.2MPa（至7M

14、Pa） v中壓 0.1-0.2MPa v微壓 0.05MPa 1MPa=106N/ 0.05x106=5x103kg/=5m水柱（約1.5層樓高） 設(shè)泥漿密度為1.7時(shí)，高度為2.94m,約一層樓高。 高壓注漿的特點(diǎn)： v生產(chǎn)效率高，占地少。生產(chǎn)效率是普通注漿的4倍 以上 v所采用的塑料模型不需干燥，使用壽命長(zhǎng)（可達(dá) 數(shù)萬(wàn)次） v生坯密度高，強(qiáng)度大，干燥收縮小，對(duì)泥漿性能 無(wú)特殊要求 v勞動(dòng)強(qiáng)度小 v投資大，技術(shù)要求高 中壓注漿基本與高壓同 微壓注漿的特點(diǎn)： v提高生產(chǎn)效率，縮短時(shí)間50%以上 v減少成形缺陷，一般注漿容易塌坯，微壓注漿的 微壓鞏固可以使坯緊貼于模型，進(jìn)一步脫水，強(qiáng) 度增加 v

15、減少坯體氣泡 在微壓作用下易于排出氣泡 v設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，對(duì)石膏模無(wú)特殊要求 （四）成組注漿 可以將模型疊放（盤(pán)類(lèi)等扁平產(chǎn)品），也可 將模型并聯(lián)平放（衛(wèi)生潔具等異形產(chǎn)品）。當(dāng)以 石膏模的管道連接時(shí)，在輸運(yùn)料漿的通道內(nèi)，可 涂上含有硬脂酸的熱礦物油，防止吸附泥漿。 （五） 熱漿注漿 在模型兩端設(shè)置電極，泥漿注滿(mǎn)后，接通電源，利 用泥漿中的電解質(zhì)導(dǎo)電來(lái)加熱泥漿，把泥漿溫度 提高到50左右，降低泥漿粘度，提高吸漿速度 。泥漿溫度從15提高到55，粘度降低50- 60%，注漿成型速度提高32-42%。 四、熱壓鑄（注）成形 將含有石蠟的漿料在一定的溫度和壓力下注入金 屬模中，待坯體冷卻凝固后再脫模的

16、成形方法。 三個(gè)工序：制備蠟漿，坯體澆注，排蠟 （一）制備蠟漿 在制備蠟漿前要制備已經(jīng)燒過(guò)的瓷粉，并要對(duì) 表面進(jìn)行偶聯(lián)劑（油酸、硬脂酸等）改性。 1、粉體經(jīng)過(guò)預(yù)燒處理 減少收縮，保證產(chǎn)品精度 排除水分，不會(huì)在蠟漿中形成氣泡，水分含量在 0.2%以下。 減少超細(xì)顆粒，這樣可減少塑化劑用量，一般控 制在萬(wàn)孔篩篩余2-3%左右 2、塑化劑（石蠟） 熔點(diǎn)55-60C，密度0.88-0.9，揮發(fā)點(diǎn) 150C。 粘度低，漿料流動(dòng)性好，一般成形溫度70- 80C，成形精度高，冷卻后坯體凝固，有一定的 強(qiáng)度。 石蠟冷卻后體積收縮7-8%，容易脫模。石蠟不 與瓷粉發(fā)生反應(yīng)，來(lái)源豐富，價(jià)格便宜。（10- 16%）

17、 3、表面活性劑（油酸之類(lèi)，在粉體球磨時(shí)加入） 偶聯(lián)劑親水的極性基團(tuán)與瓷料結(jié)合，親油的非 極性基團(tuán)與石蠟結(jié)合，降低瓷粉的表面能，改善料 漿的穩(wěn)定性，增加料漿的流動(dòng)性。（0.4-1%） （二）熱壓注成形工藝 通過(guò)壓縮空氣將60-75C（熔點(diǎn)55-60C） 的蠟漿壓入模具中，穩(wěn)壓一段時(shí)間。一般成形壓力 為0.3-0.5MPa，坯體越大，穩(wěn)壓時(shí)間越長(zhǎng)（數(shù)秒 到1分鐘左右）。 鋼模溫度決定冷卻速度，通常壁薄，形狀復(fù) 雜的產(chǎn)品、鋼模溫度應(yīng)當(dāng)較高，壁厚、形狀簡(jiǎn)單的 制品鋼模溫度可低些，一般為20-30C之間。否則 快速冷卻會(huì)造成冷卻不均勻而開(kāi)裂或變形。 v與注塑（注射）成形不同之處： 熱壓注：料漿在熱壓注

18、前要制成可以流動(dòng)的 蠟漿。壓力為:0.3-0.5MPa 注塑：將粉料填入筒內(nèi)加熱至塑性狀態(tài)。壓 力為：130MPa左右。 （三）排蠟 含有石蠟的坯體在高溫?zé)蓵r(shí)會(huì)軟化引起變 形，一般先在低于坯體燒結(jié)溫度下緩慢排蠟，然后 再進(jìn)行燒結(jié)。 排蠟時(shí)，將坯埋于吸附劑中（Al2O3， SiO2，MgO）吸附劑包圍著坯體不致變形，同時(shí)吸 附液體石蠟，然后再揮發(fā)。低溫下石蠟熔化時(shí)（60- 100C）體積膨脹（7-8%），故應(yīng)緩慢升溫，以 防起泡和分層，排蠟溫度一般為900-1100C。 排蠟有環(huán)境問(wèn)題，味道很大。 第五節(jié)第五節(jié) 壓制成型壓制成型 v干壓成型 水 3-7% v半干壓成型 水 8-15% v等靜壓

19、成型 水 3%以下 生坯強(qiáng)度高、變形小，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，節(jié)能。 一、壓制成形過(guò)程一、壓制成形過(guò)程 壓力加到顆粒上，顆粒移動(dòng)，互相靠攏，將空 氣驅(qū)出，壓力繼續(xù)加大，氣體排出，致密化。當(dāng)單面 加壓時(shí)，顆粒傳遞壓力的過(guò)程會(huì)消耗一部分能量于摩 擦過(guò)程，導(dǎo)致壓力衰減，愈遠(yuǎn)離加壓面，致密度越差， 在邊角處，也由于粉體與?？虻哪Σ炼箟毫p小， 致密度減小。此外，氣體如果不能及時(shí)排出則被壓縮， 一旦撤去壓力又會(huì)回彈，并且使坯體開(kāi)裂，從而降低 坯體致密度與強(qiáng)度，所以壓制時(shí)的排氣非常重要。 模具上加孔，?？蜷g隙，浮動(dòng)框，多次加壓。 縮腰的原因是中間氣體不易排出，被壓縮造成中 間密度不夠，導(dǎo)致縮腰。 二、加壓方式

20、與壓力 v單面加壓：均勻性差些 v雙面加壓：有很大改善 v四面加壓：等靜壓 25-500MPa 液壓壓磚機(jī) 600T-10000T，一般采用30-50MPa的 壓強(qiáng) 7800T壓機(jī)，壓 1的磚，78MPa 加壓速度和時(shí)間：考慮空氣的排除，先輕后重，多次 加壓，加壓2-3次。 三、等靜壓成形三、等靜壓成形 帕斯卡原理： 加在密閉液體上的壓強(qiáng)，能夠大小不變地由液體向各個(gè)加在密閉液體上的壓強(qiáng)，能夠大小不變地由液體向各個(gè) 方向傳遞。方向傳遞。 將粉體裝于軟模內(nèi)，放在密閉的液體或者氣體中，施加 壓力，則此壓力會(huì)以相等的力向各個(gè)方向傳遞，粉體的各個(gè) 方面都受到擠壓，形成與模型相似的坯體。 縮小的程度與粉體的可壓縮性和壓強(qiáng)有關(guān)。 對(duì)粉體的要求： 對(duì)粉料的要求與干壓成形類(lèi)似，但更加嚴(yán)格。 含水率：可以比干壓成形低（1-3%） 堆積密度：可以比干壓成形高 等靜壓成形特點(diǎn)（與干壓成形比較）等靜壓成形特點(diǎn)（與干壓成形比較） 1.多面受壓，壓力高，相對(duì)而言粉料的直線位移小 生坯密度和強(qiáng)度高； 2.坯體內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻； 3.很少用甚至不用成形添加劑； 4.坯體形狀的限制少，可以更加復(fù)雜和大，可以生 產(chǎn)500 x2400的管道； 5.可以熱等靜壓，成形燒成同時(shí)完成。 等靜壓成形過(guò)程等靜壓成形過(guò)程 四、壓制用的粉料四、壓制用的粉料 1粒度與粒度分布 應(yīng)當(dāng)有合理的分布 太細(xì)空氣不易逸出，產(chǎn)生