瓷磚模具生產(chǎn)工藝設(shè)計及其車間布局

付正飛， 張俊， 楊民生

（1.湖北文理學(xué)院 機械與汽車工程學(xué)院，湖北 襄陽441053；2.襄陽宏發(fā)模具有限公司，湖北 襄陽441080）

1 引 言

襄陽宏發(fā)模具有限公司是以生產(chǎn)瓷磚模具為主體、承擔(dān)瓷磚模具的加工和裝配工作的企業(yè)。公司引進(jìn)了意大利Nassetti 公司的專用設(shè)備8 臺，共465 萬美元，國內(nèi)配套設(shè)備5000 萬元人民幣，達(dá)到生產(chǎn)總成400 套/年（含易損件）、修復(fù)總成200 套/年及易損件1000 套/年的生產(chǎn)能力，實現(xiàn)年產(chǎn)值8500 萬元。

2 設(shè)計依據(jù)

2.1 設(shè)計要求

（1）所設(shè)計的瓷磚模具加工、裝配工部，能適應(yīng)我國目前進(jìn)口和國產(chǎn)瓷磚壓機對模具的要求與瓷磚模具生產(chǎn)上所采用的先進(jìn)技術(shù)——橡膠模具的需要。

（2）根據(jù)不同規(guī)格的瓷磚模具的相似性，機加工設(shè)備布置按照成組加工的指導(dǎo)思想，按單元布置，以適應(yīng)成組技術(shù)的應(yīng)用，為今后該產(chǎn)品實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計與制造集成化和最終實現(xiàn)柔性加工系統(tǒng)（FMS）打下基礎(chǔ)［1-3］。

（3）考慮采用模具周邊為堆焊的工藝，以提高模芯的耐磨性與模具壽命，同時可以使用45 鋼作為基件材料，減少使用Cr12MoV 合金材料,以降低成本。

（4）全部生產(chǎn)任務(wù)應(yīng)根據(jù)市場調(diào)研后，根據(jù)不同規(guī)格的模具需求量按統(tǒng)計原理而決定，現(xiàn)依據(jù)經(jīng)驗，按最有代表性、綜合效果強的瓷磚模具CM06-3（即瓷磚規(guī)格為300mm×300mm 的三腔模具）進(jìn)行設(shè)計。

2.2 設(shè)計原則

根據(jù)襄陽宏發(fā)模具有限公司現(xiàn)行的產(chǎn)品圖紙、工藝、工時定額及文件資料，依據(jù)成組技術(shù)和精益生產(chǎn)的要求，生產(chǎn)車間的布局應(yīng)當(dāng)遵循的設(shè)計原則［4］：一是物流原則，從物流輸送角度考慮，各種設(shè)備應(yīng)按照實際加工工藝路線和生產(chǎn)流程布局成線，各生產(chǎn)單元之間按照工序成“一”或“U”型排列，以便工人操作，形成一種流線的生產(chǎn)方式；二是結(jié)構(gòu)緊湊原則，應(yīng)充分利用車間有限的面積，縮短物料傳送距離；三是特殊工藝要求，滿足橡膠硫化、時效等特殊設(shè)備的指定擺放位置，形成車間布局中的固定約束；四是輔助設(shè)備按照功能需求也形成單元進(jìn)行布局。

3 主要零件加工工藝設(shè)計及工時

3.1 加工工藝

對瓷磚模具而言，主要零件是指模襯12 件、上下模芯各3 件、下模座3 件、下座板1 件、下底板1 件、連接板1 件及?？? 件，各零件的工藝如下［5］：

（1）模襯：鍛造并退火→銑四方→銑長短→粗磨兩大面→平面磨兩側(cè)面→精銑長短→鉆孔、攻絲→立磨四周→工磨斜面→清絲。

（2）模芯：備料→銑六方→鉆孔、攻絲→銑消氣部位→調(diào)質(zhì)→銑倒角→周邊堆焊→磨兩大面→粗磨四周→精磨六面→銑下沉面→工磨四角→吹砂→硫化。

（3）下模座：備料→銑六方→調(diào)質(zhì)→銑沉槽→鉆孔→攻絲→平磨兩大面。

（4）上底板：備料→銑兩大面→銑四周→鉆平面孔系→攻絲→鉆側(cè)孔→平磨兩大面。

（5）下底板：備料→銑兩大面→銑四周→鉆平面孔系→攻絲→平磨兩大面。

（6）連接板：備料→銑兩大面→銑四周→倒角→鉆平面孔系→攻絲→平磨兩大面。

（7）模框：備料→銑兩大面→銑四周→銑內(nèi)腔方孔→鉆平面孔系→攻絲→與模襯配磨兩大面。

3.2 工時計算

按照加工方式不同，零件的工時可分為銑削工時、磨削工時、鉆削工時及鉗工劃線攻絲工時等，按工作的性質(zhì)區(qū)分又分為加工工時和輔助工時等。為了能夠比較準(zhǔn)確地反映工時，公司對大部分切削工時采用選取合理的切削用量，通過計算來確定，對鉗工、裝配、輔助工時等因工人經(jīng)驗和熟練程度不同有所差異，根據(jù)公司的實際情況進(jìn)行估算。現(xiàn)以?？蜚娤骷庸槔?/p>

（1）粗加工

選取主軸轉(zhuǎn)速n=800r/min，切削速度v=135mm/min，刀盤直徑D=150mm，切削深度h=4mm，加工厚度H=8mm，毛坯尺寸L×B×T＝1350mm×600mm×90mm，輔助時間20min。

銑削上下兩大平面時間：

（2）精加工

選取切削速度v=80mm/min；走刀次數(shù)m=2 次，各內(nèi)腔尺寸為a×b=360mm×360mm，腔數(shù)p=3。

內(nèi)腔精加工時間：

表1 各主要零件的工時 /min

通過計算和統(tǒng)計，各主要零件的工時如表1所示。

3.3 設(shè)備配置

按照新工作制度，全年按254 個工作日，每個工作日安排兩班，每班按8h 計算，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)，先計算各工種每天所需的臺時數(shù)，再按滿負(fù)荷確定各工種所需機床的數(shù)量，具體如表2 所示。

通過統(tǒng)計、計算，考慮適當(dāng)?shù)母辉６?，共需機加工設(shè)備19 臺：銑床10 臺、立式磨床2 臺、平面磨床4 臺、工具磨床3 臺，另外下料、貼膠等工序所需專用設(shè)備根據(jù)實際要求配備，現(xiàn)購等離子割機1 臺、研膠機1 臺、壓膠機1 臺、噴砂機1 臺、鉆床1 臺、刻字機1 臺（設(shè)備明細(xì)略）。

表2 所需機床的數(shù)量

4 機床平面布局

瓷磚模具的主要零件可分為尺寸較大的模板類、尺寸較小的板形模襯類和方形模芯類零件。由于各類零件的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸都基本相近，其加工工藝、方法也相似，根據(jù)成組技術(shù)的原理，將瓷磚模具的生產(chǎn)劃分為模板單元、毛坯加工單元、模襯單元、模芯單元、工磨單元、硫化單元、雜件單元等，因模襯和模芯屬于易損件，批量較大且工序較多，就進(jìn)一步劃分更細(xì)的加工單元。模板單元購置了大型設(shè)備，負(fù)責(zé)上、下底板、連接板、?？虻你娤髋c磨削加工；毛坯加工單元負(fù)責(zé)模襯、下模座及模芯的粗加工；模襯單元負(fù)責(zé)模襯的精銑和磨削加工，模芯單元負(fù)責(zé)模芯的精銑和磨削加工；工磨單元負(fù)責(zé)模襯斜面和模芯銳邊的磨削；硫化單元完成研膠、壓膠、保溫時效等膠模制作工序；雜件單元完成其它小零件與刻商標(biāo)等工序。各單元自成體系，便于運輸、管理。

各單元設(shè)備分配亦依據(jù)所加工零件的工時及生產(chǎn)綱領(lǐng)核定，各單元設(shè)備分配及負(fù)荷情況如表3，從表3 中可以看出：模襯單元精銑工序的負(fù)荷率高，實際工作量超過核定工作量，但考慮到模芯單元的精銑工序負(fù)荷率較低，可以承擔(dān)部分模襯單元精銑工作，使兩單元精銑工序的總負(fù)荷率為81.8%，就未再增加銑床。

表3 各單元設(shè)備分配及負(fù)荷情況

設(shè)備布局在146m×15m 的廠房內(nèi)，機床平面布置方案如圖1 所示，圖中X 代表銑床、M 代表磨床、Z 代表鉆床、C 代表車床，每個雙點畫線框內(nèi)為一個加工單元。

圖1 車間機床的平面布局方案

5 結(jié) 論

結(jié)合已有的瓷磚模具生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗和工藝流程，制定了宏發(fā)模具有限公司的瓷磚模具生產(chǎn)工藝，通過工時的理論計算，確定了機床的配置與型號，設(shè)計了機床平面布局，方案能夠滿足實際要求，得到了公司組織的評審委員會一致通過，并已投入到實際生產(chǎn)，為公司節(jié)約了大量設(shè)計費用，也縮短了設(shè)計周期。

［1］ 朱振峰，梁廣輝，龐世哲.基于成組技術(shù)設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向器裝配用隨行夾具［J］.機械工程師，2011（10）：1-3.

［2］ 孔艷艷，戴躍洪，侯恩光. 成組技術(shù)在CIMS 中的應(yīng)用及其在PLM 中的實現(xiàn)［J］.機械，2009（7）：25-27.

［3］ 魯昌國.基于成組技術(shù)的電機制造CAPP 系統(tǒng)［J］.遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報，2008（2）：58-60.

［4］ 王曰輝，高媛.物料單元化管理在重型機械制造車間的應(yīng)用［J］.機械工程師，2009（11）：6-8.

［5］ 張俊，董繼先，等.靜壓瓷磚模具的設(shè)計與制作工藝［J］.西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報，1999（4）：87-89.