陶瓷熱壓鑄生產(chǎn)歷史悠久,已有上百年的歷史了,隨著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,盡管如此,人們對相應(yīng)的模具設(shè)計理念也發(fā)生了很大的變化,模具的技術(shù)含量也相應(yīng)增加,導(dǎo)致模具的結(jié)構(gòu)和布局發(fā)生了很大的變化。陶瓷熱壓鑄生產(chǎn)的流程簡單,易于異型件,結(jié)構(gòu)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(shè)計、熱壓鑄成型、素?zé)�、燒結(jié)、檢驗、入庫。在生產(chǎn)中,大多數(shù)采用凈尺寸成型,但有少量采用毛坯成型,后車加工保證部分外形特征,以減少模具的費用和節(jié)約成本。

　　陶瓷模具成型加工可實現(xiàn)少、無切削加工,模具成型具有制品精度高,粗糙度小,不需要進行精加工,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,因此應(yīng)用范圍廣。而模具設(shè)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、成本及先進設(shè)備的利用率起決定性的作用。

1、模具設(shè)計的理念

　　根據(jù)陶瓷制品的特征,兼顧生產(chǎn)的規(guī)模,在熱壓鑄磨具設(shè)計時,小批量的生產(chǎn)及研制大多采用單一模具的形式,即一次成型一個制品,并盡可能的采用凈尺寸成型,后續(xù)無需機械加工,休坯后直接燒結(jié)即可。而大批量的生產(chǎn)需要設(shè)計一腔多模的模具,即一次注漿成型可產(chǎn)生很多毛坯。無論如何,根據(jù)產(chǎn)品的公差等級及精度要求、形位、圓度、垂直度等要求,設(shè)計的模具即要利于注漿成型,又易于脫模,成品率高,勞動強度低,模具結(jié)構(gòu)簡單。在現(xiàn)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(jié)構(gòu)簡單化設(shè)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(xiàn)在基本已淘汰。

　　(2) 成型部分(形腔) 的尺寸,需根據(jù)制品的尺寸乘以放尺系數(shù)。

　　(3) 應(yīng)有排氣槽,防止毛坯件發(fā)生“抽心”、包裹氣體等現(xiàn)象。排氣槽一般為“V”、“r”形,但現(xiàn)在大多做成“U"形。槽的數(shù)目視“傘柄”部分直徑的大小而定,在小于20mm 時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(dāng)延長鑄口呈橢圓狀喇叭口。

2、模具設(shè)計方法

　　模具設(shè)計采用Solidwork三維模型繪圖,待結(jié)構(gòu)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(jié)后尺寸在要求范圍內(nèi)的關(guān)鍵。型腔尺寸應(yīng)根據(jù)陶瓷制品的尺寸和95%氧化鋁熱壓鑄料燒成制品時的收縮情況來計算,即模具尺寸等于名義尺寸除以收縮系數(shù)或名義尺寸乘放尺系數(shù)。如放尺系數(shù)為1.150 ,制品尺寸為<3 ^{+ 0.1} mm 時,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(shù)

　　實際工業(yè)生產(chǎn)中,往往使用放尺系數(shù)來確定模具的尺寸。放尺系數(shù)即在制品尺寸基礎(chǔ)上,由于粘結(jié)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(yīng)的制品尺寸即為放尺系數(shù)a , a 的值一般大于1 。對放尺系數(shù)的確定要單獨進行,測試放尺系數(shù)的模具設(shè)計盡可能接近產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和狀態(tài),同時兼顧通用化。工藝過程要求和加工產(chǎn)品的過程完全相同,技術(shù)參數(shù)也相同。這樣確定的放尺系數(shù)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,燒結(jié)后制品尺寸滿足<3 ^{+ 0.1} mm , 則放尺系數(shù)為3.450 ÷3 =11.50 。

2.3、結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計盡可能使模具結(jié)構(gòu)簡單化,以利于提高生產(chǎn)效率,減小勞動強度。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(jié)構(gòu)確定后再轉(zhuǎn)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(jù)生產(chǎn)實際需要,還需要對其作適當(dāng)?shù)?a href="http://www.13house.cn/application/heat/">熱處理,以減少成型時的損耗 。此時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(jù)材料不同方法也不同,但遵循材料的一般熱處理規(guī)律,這里不再贅述。主要就加熱處理作適當(dāng)?shù)慕榻B。

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。但實際中大多數(shù)生產(chǎn)廠家不做加熱處理,即使處理時也草率了事。主要原因是模具加工人員不了解陶瓷材料的特性,陶瓷設(shè)計人員不了解機械設(shè)計。成型缺陷發(fā)生時主觀上形成誤區(qū),認為只要模具能保證尺寸和脫模順暢就是合格的模具。其實加熱處理可消除毛坯粘于型腔表面、毛坯開裂、橘皮(疙瘩) 等缺陷。但加熱處理不當(dāng),也會造成毛坯缺陷的生成。當(dāng)加熱處理溫度過高時,坯體表面產(chǎn)生大量的麻點,導(dǎo)致坯體開裂;加熱處理溫度過低時,坯體產(chǎn)生抽心現(xiàn)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(shè)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(jié)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(shè)計要求。其次,準備好注漿用蠟漿并將其熔化至注漿狀態(tài)。開始試模時,原則上選擇在低壓、低溫和較長時間下成型。然后按壓力、溫度、時間這樣的先后順序變動,最好不要同時變動兩個或者三個工藝條件,以便分析和判斷適合于成型的料漿溫度參數(shù)、壓力及成型時間。成型時可采用高速和低速兩種形式,一般在制件壁薄而面積大時,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(nèi)模具發(fā)展的現(xiàn)狀

　　近年來我國的模具生產(chǎn)發(fā)展速度較快,已能滿足國內(nèi)對中、低檔模具的需要,少量模具開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(chǔ)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;許多先進的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛,致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜、長壽命的模具需要進口。

　　總之,模具設(shè)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(shè)計時一定要遵循成型容易,脫模容易,結(jié)構(gòu)簡單的原則,才能設(shè)計出簡單、合理、適用、經(jīng)濟的模具。