干掛陶板的螺旋擠壓成形工藝要求及其關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備

蔡祖光

摘 ?要：本文介紹了干掛陶板的主要性能、螺旋擠壓成形生產(chǎn)技術(shù)及其工藝流程，詳細(xì)論述了干掛陶板的螺旋擠壓成形工藝要求及其關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備——螺旋真空擠壓成形機(jī)。

關(guān)鍵詞：干掛陶板;主要性能;螺旋擠壓成形;工藝流程;工藝要求;螺旋真空擠壓成形

（上接2014年11月第21頁）

6 ? 陶板螺旋擠壓成形的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備——螺旋擠壓成形機(jī)

即使建筑紅磚及多孔空心磚都采用真空擠磚機(jī)塑性螺旋擠壓成形，因建筑紅磚及多孔空心磚屬于粗陶的范疇，通常其表面粗糙凹凸不平，并伴有許多微細(xì)裂紋及扭曲變形等缺陷，作為墻體建筑材料，這些缺陷是能夠容忍的（砌墻時，可采用灰縫彌補(bǔ)）。而陶板作為高檔建筑裝飾材料，不僅具有結(jié)構(gòu)致密、抗凍融性好、耐酸堿、耐磨及外表平整光潔等優(yōu)點，而且還應(yīng)具有色彩豐富、亮麗照人及美觀大方的裝飾效果。事實上，陶板通常采用隧道窯或輥道窯燒結(jié)成制品，其燒成溫度通常高達(dá)1200 ℃以上，顯然陶板屬于瓷質(zhì)?；u的范疇，并且表面平整光潔，無變形及微細(xì)裂紋等缺陷，結(jié)構(gòu)致密，物理機(jī)械強(qiáng)度大，吸水率低。由此可見，雖然陶板螺旋擠壓成形的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備——螺旋擠壓成形機(jī)與建筑紅磚及多孔空心磚用真空擠磚機(jī)的外形結(jié)構(gòu)及其工作原理基本相似，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有很大的差別。因此，早期國內(nèi)很多企業(yè)為了減少設(shè)備投資，欲采用真空擠磚機(jī)生產(chǎn)陶板坯體，幾乎都是以失敗而告終的。

從理論上講，螺旋擠壓成形機(jī)按陶板坯體的擠出方位可分為立式螺旋擠壓成形機(jī)和臥式螺旋擠壓成形機(jī)，但因成形坯體的切割及傳送等原因，目前廣泛應(yīng)用的螺旋擠壓成形機(jī)幾乎都是臥式螺旋擠壓成形機(jī)。臥式螺旋擠壓成形機(jī)按絞刀軸的多少通常可分為：單軸螺旋擠壓成形機(jī)（攪泥絞刀和擠泥絞刀安裝于同一主軸上）、雙軸螺旋擠壓成形機(jī)（上部一根攪泥軸、下部一根擠泥軸）和三軸螺旋擠壓成形機(jī)（上部兩根攪泥軸、下部一根擠泥軸）等。如圖3所示，三軸螺旋擠壓成形機(jī)工作時，上部兩攪泥軸分別驅(qū)動左旋絞刀、右旋絞刀逆向旋轉(zhuǎn)，對加入的陶瓷泥料進(jìn)行充分地破碎、攪拌、揉練及混合均勻等作用，有利于獲得物料分布趨于均勻且各向同性的陶板坯體，減少其擠壓成形缺陷及陶板坯體后續(xù)的干燥燒結(jié)變形開裂等，并獲得高質(zhì)量的陶板產(chǎn)品。所以說，目前國內(nèi)外陶板的生產(chǎn)過程中，廣泛應(yīng)用的螺旋擠壓成形機(jī)幾乎都是三軸螺旋擠壓成形機(jī)。

6.1 ?三軸螺旋擠壓成形機(jī)的結(jié)構(gòu)特點

如圖3所示，三軸螺旋擠壓成形機(jī)主要由上下底板、支柱、真空管路系統(tǒng)、上部攪泥機(jī)構(gòu)和下部擠泥機(jī)構(gòu)等組成。采用電磁調(diào)速電機(jī)及漸開線圓柱齒輪行星傳動減速器（俗稱行星齒輪減速器）分別驅(qū)動攪泥絞刀和擠泥絞刀的旋轉(zhuǎn)，易于實現(xiàn)陶瓷泥料的動態(tài)平衡，并從根本上杜絕了真空室（也叫抽氣室或真空箱）的堵塞現(xiàn)象。同時，也有利于按照陶板規(guī)格尺寸的變化選擇最適宜的攪泥絞刀軸轉(zhuǎn)速和擠泥絞刀軸轉(zhuǎn)速，從而優(yōu)化陶板的螺旋擠壓成形工藝性能，利于獲得高質(zhì)量的陶板坯體和最大限度地提高陶板產(chǎn)品的燒結(jié)成瓷合格率等。

6.2 ?三軸螺旋擠壓成形機(jī)的攪泥機(jī)構(gòu)

三軸螺旋擠壓成形機(jī)常用的攪泥機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，主要由電磁調(diào)速電機(jī)、膠帶輪、三角膠帶、行星齒輪減速器、聯(lián)軸器、反向齒輪箱、左攪泥軸、右攪泥軸、左攪泥刀片、右攪泥刀片、左攪泥絞刀（又稱左攪泥螺旋或左攪泥螺旋葉）、右攪泥絞刀（又稱右攪泥螺旋或右攪泥螺旋葉）、篩板、左削泥刀片、右削泥刀片、擋泥環(huán)、調(diào)心球軸承、軸承蓋及攪泥箱（包括加料斗，又稱加料箱）等組成。

6.2.1三軸螺旋擠壓成形機(jī)的攪泥刀片

左、右攪泥刀片是由同一個零件（攪泥刀片）構(gòu)成的，只是安裝的方位不同而已，由于矩形斷面的攪泥刀片易于粘接陶瓷泥料，為了最大限度地減少攪泥刀片的粘泥量，通常采用鍛造方式獲取光滑曲線型斷面的攪泥刀片毛坯，進(jìn)行車削加工后，再打磨拋光攪泥刀片表面，如果采用馬素體不銹鋼，如：1Cr13，最后攪泥刀片需進(jìn)行淬火處理，以提高其耐磨性。若采用防銹性能較好的奧氏體不銹鋼，如：1Cr18Ni9，那么鍛造后，讓攪泥刀片毛坯放置在空氣中快速冷卻即可，因為奧氏體不銹鋼高溫冷卻過程中無相變，奧氏體不銹鋼也不可能通過熱處理提高其硬度。三軸螺旋擠壓成形機(jī)常用攪泥刀片的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

6.2.2左、右攪泥螺旋葉、攪泥箱及真空箱

陶板產(chǎn)品規(guī)格尺寸改變時，其配料配比通常需相應(yīng)調(diào)整，為了便于拆裝等洗機(jī)工作，左、右攪泥絞刀、攪泥箱及真空箱（也稱真空室）需做成剖分式結(jié)構(gòu)。攪泥箱及真空箱的剖分結(jié)合面通常采用2～3mm厚的耐油橡膠（如：丁腈橡膠）進(jìn)行密封。因此，攪泥箱及真空箱的剖分結(jié)合面機(jī)械切削加工后需在其結(jié)合面上置入設(shè)計圖紙規(guī)定厚度的耐油橡膠密封墊合箱后配鉆連接螺栓用孔及圓錐定位銷孔，裝入圓錐定位銷及緊固各連接螺栓后，然后再進(jìn)行鏜削加工內(nèi)孔及端面，最后再鉆削加工端面連接螺栓用孔。左、右攪泥絞刀通常采用鑄造成形的方式獲取毛坯，為了減少鑄造用模具的數(shù)量及降低生產(chǎn)成本，左、右攪泥絞刀常采用軸向長度為半個螺距值的帶有雙鍵槽的剖分式構(gòu)造，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖6、圖7所示。毛坯鑄造后經(jīng)過消除鑄孔造應(yīng)力退火后，進(jìn)行金屬切削加工剖分面，再配對鉆削連接螺釘用及螺孔并擰緊連接螺釘成一整體，然后車削加工內(nèi)孔、外圓及兩端面，最后插削兩鍵槽孔并打磨拋光螺旋工作面即可。

6.2.3反向齒輪傳動箱

反向齒輪傳動箱采用傳動比為1：1的齒輪傳動，其中心距處決于左、右攪泥刀片及左、右攪泥絞刀的旋轉(zhuǎn)直徑，為了增強(qiáng)攪泥機(jī)構(gòu)對陶瓷泥料的破碎、攪拌、揉練及混合均勻等作用，又不致于使左、右攪泥螺旋軸工作時產(chǎn)生干涉，設(shè)計計算時，通常使反向齒輪傳動箱的中心距及左、右攪泥螺旋軸的中心距比左、右攪泥絞刀的旋轉(zhuǎn)直徑小30～60 mm左右（左、右攪泥絞刀的旋轉(zhuǎn)直徑較大時，取較大的值，否則，取較小的值）并圓整為齒輪模數(shù)的整數(shù)倍。同時左、右攪泥螺旋軸工作時所產(chǎn)生的軸向推力需由反向齒輪傳動箱承受，因此反向齒輪傳動箱靠近攪泥箱端通常需設(shè)置為深溝球軸承和推力球軸承的組合支承，以承受軸向力和徑向力的共同作用;而反向齒輪傳動箱的另一端只需設(shè)置深溝球軸承承受徑向力的作用即可。同時，考慮到采用軸向長度較長的攪泥箱，有利于獲得物料混合均及可塑性較好的陶瓷泥料，通常攪泥箱的軸向長度約為1000～1400 mm左右（左、右攪泥絞刀的旋轉(zhuǎn)直徑較大時，取較大的值，否則，取較小的值），再考慮到真空室的軸向尺寸，結(jié)果左、右攪泥軸的軸向尺寸很長，屬于細(xì)長軸，若處理不當(dāng)，工作時易變形，從而影響陶板的產(chǎn)品質(zhì)量。因此，左、右攪泥軸通常需在真空室端部設(shè)置調(diào)心球軸承，并做好調(diào)心球軸承的防泥（為避免真空室內(nèi)的陶瓷泥料擠入調(diào)心球軸承，采用阻尼環(huán)及油封等）工作，以彌補(bǔ)左、右攪泥軸設(shè)計加工制造誤差。并采用合金碳素結(jié)構(gòu)鋼（如：40Cr鋼）或優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（如：45鋼），粗車后調(diào)質(zhì)處理，精車及銑削鍵槽后再磨削三處軸承位置。此外，還要做好防止攪泥箱的陶瓷泥料擠入臨近攪泥箱端反向齒輪傳動箱之軸承內(nèi)等工作以及左、右攪泥軸的旋向不得有誤，其正確旋向應(yīng)是各攪泥軸由攪泥箱的外側(cè)向中心處的旋轉(zhuǎn)。endprint

6.2.4其它

為了確保陶瓷泥料順暢地通過篩板切割成細(xì)泥段，便于完成陶瓷泥料真空脫氣處理，真空室內(nèi)左、右攪泥軸上安裝有左、右削泥刀片。同時，左、右攪泥上安裝的左、右攪泥螺旋葉的軸向長度不小于其螺距值（即螺旋葉的軸向投影不小于其螺旋葉外緣旋轉(zhuǎn)時所掃過的面積，且左、右攪泥螺旋葉的終止處與篩板之間的距離不小于80～100 mm，否則，不利于真空室的密封（即不利于提高真空室的真空度），從而影響陶瓷泥料塑性的提高。有些三軸螺旋擠壓成形機(jī)的攪泥機(jī)構(gòu)僅采用左、右攪泥絞刀的結(jié)構(gòu)形式，如圖8所示。實踐生產(chǎn)經(jīng)驗表明，采用這兩種結(jié)構(gòu)形式攪泥機(jī)構(gòu)的三軸螺旋擠壓成形機(jī)，其陶板產(chǎn)品的最終質(zhì)量基本相同，但采用左、右攪泥刀片的攪泥機(jī)構(gòu)，其處理的陶瓷泥料的含水率可以更高一些。

6.3 ?三軸螺旋擠壓成形機(jī)的擠泥機(jī)構(gòu)

如圖3所示，三軸螺旋擠壓成形機(jī)的擠泥機(jī)構(gòu)主要由電磁調(diào)速電機(jī)（圖中未畫出）、膠帶輪、三角膠帶（圖中未畫出）、行星齒輪減速器、聯(lián)軸器、壓泥板傳動用齒輪箱、真空箱、壓泥板（俗稱打泥板）、擠泥螺旋葉（也稱擠泥絞刀或擠泥螺旋）、最末端擠泥絞刀（也稱螺旋推進(jìn)器）、泥缸（也稱輸泥筒或機(jī)殼）、擠壓筒（也稱機(jī)頭）和機(jī)嘴（也稱機(jī)口或成形模具）等組成。

6.3.1三軸螺旋擠壓成形機(jī)的壓泥板

目前，三軸螺旋擠壓成形機(jī)中廣泛應(yīng)用的壓泥板部件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示。通常單臺設(shè)備需配置兩套壓泥板部件，對稱地安裝在真空箱內(nèi)擠泥絞刀的上部，兩套壓泥板部件通常通過一對齒數(shù)相等的外齒輪傳動迫使壓泥板各自產(chǎn)生由真空室外側(cè)向中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（壓泥運(yùn)動），將真空箱上部攪泥機(jī)構(gòu)中左、右削泥刀片切割的細(xì)泥條壓入下部擠泥絞刀的螺旋槽內(nèi)并擠壓成形為陶板坯體。

一方面，考慮到壓泥板外緣和擠泥絞刀外緣的磨損及便于壓泥板的拆卸和壓泥板外緣磨損的補(bǔ)償?shù)纫蛩兀瑝耗喟逋ǔ２捎闷史质浇Y(jié)構(gòu)，且徑向方向具有調(diào)整及更換磨損外緣的作用，以彌補(bǔ)壓泥板外緣和擠泥絞刀外緣的磨損，從而達(dá)到最大限度地將真空箱上部進(jìn)入的細(xì)泥條壓入下部擠泥絞刀的螺旋槽內(nèi)，有利于陶板坯體的擠壓成形及陶板坯體產(chǎn)量的提高。

另一方面，由于三軸螺旋擠壓成形機(jī)擠壓成形的陶板坯體的含水率低、機(jī)械強(qiáng)度大、致密度高（通常貫入度儀測定值不小于0.25 MPa）及表面光潔等，顯然機(jī)嘴處的擠壓成形阻力非常大，如此大的擠壓成形阻力將迫使機(jī)嘴處的泥料通過擠泥絞刀和最末端擠泥絞刀與泥缸之間的間隙返回真空箱，不利于真空箱中的泥料移向機(jī)嘴方向并擠壓成形為陶板坯體。正是由于壓泥板的作用，能最大限度地將真空箱上部送入的細(xì)泥條壓入下部擠泥絞刀的螺旋槽內(nèi)，促使陶瓷泥料擠壓成形為陶板坯體及提高坯體的生產(chǎn)量。

6.3.2擠泥絞刀和最末端擠泥絞刀

擠泥絞刀和最末端擠泥絞刀的螺旋工作面（簡稱絞刀工作面）通常是由一直母線沿著曲導(dǎo)線為圓柱螺旋線及直導(dǎo)線為圓柱軸線且始終平行于圓柱軸線所垂直的平面運(yùn)動而形成的曲面。絞刀工作面上任一點的螺旋升角則是通過該點的圓柱螺旋線的切線與直導(dǎo)線（圓柱軸線）所垂直的平面之間的夾角，因此同一絞刀螺旋面上各點的螺旋升角是不相同的（雖然其螺旋導(dǎo)程相同，但所處的圓柱螺旋線的圓柱面半徑不同），顯然絞刀面與軸轂連接處的螺旋升角最大（因其所處的圓柱螺旋線的圓柱面半徑最?。g刀面外緣處的螺旋升角最?。ㄒ蚱渌幍膱A柱螺旋線的圓柱面半徑最大）。絞刀面的螺旋升角的最大值與最小值之差稱為側(cè)滑角，側(cè)滑角迫使泥料擠滿擠泥絞刀和最末端擠泥絞刀與泥缸之間的間隙，阻止泥料跟隨擠泥絞刀和最末端擠泥絞刀的旋轉(zhuǎn)，從而促使大部分泥料移向機(jī)嘴而擠壓成形為陶板坯體。因此為了描述方便，常取絞刀面平均直徑處的螺旋升角（并計為λm）作為絞刀的螺旋升角，顯然，它是螺旋擠壓成形機(jī)擠泥機(jī)構(gòu)的一個重要參數(shù)。

三軸螺旋擠壓成形機(jī)擠泥葉片的結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所示。擠泥軸如果采用有限長的軸向型葉片（如圖10（a）所示），相當(dāng)于螺旋升角λm=900，顯然陶瓷泥料只有跟隨擠泥軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，而無移向機(jī)嘴的軸向運(yùn)動。如果擠泥軸采用徑向型葉片（如圖10（b）所示），相當(dāng)于螺旋升角λm=00，那么陶瓷泥料僅受到軸向切割，也無移向機(jī)嘴的軸向運(yùn)動。所以擠泥軸只有采用螺旋升角λm（00<λm <900）的螺旋型葉片即螺旋面（如圖10（c）所示），陶瓷泥料才會受到螺旋面的輸送、攪拌、揉練、混合均勻及擠壓緊密后再擠向機(jī)嘴。由此可見，擠泥絞刀和最末端擠泥絞刀對陶瓷泥料產(chǎn)生輸送、攪拌、揉練、混合均勻及擠壓緊密等作用。

值得注意的是，為了便于設(shè)計制造及降低生產(chǎn)成本，擠泥絞刀通常采用結(jié)構(gòu)簡單、易于制造的單線螺旋。因單線螺旋具有擠泥的脈動性等缺陷，因此為了促使陶瓷泥料均勻地進(jìn)入機(jī)頭和機(jī)嘴，獲得結(jié)構(gòu)更加致密的陶板坯體，最末端擠泥絞刀通常采用雙線、三線甚至四線螺旋。

6.3.3泥缸

在螺旋真空擠壓成形機(jī)中，與擠泥絞刀和最末端擠泥絞刀共同組成泥料流動的通道的筒體稱為泥缸。通常為剖分式圓柱形筒體或剖分式圓錐—圓柱形筒體，但圓錐—圓柱形筒體迫使陶瓷泥料的擠壓更緊密一些，有利于獲得致密度較高的陶板坯體，并且其內(nèi)表工作面制有許多均勻分布的直槽或其他特殊形狀的凹槽。泥缸的作用，第一是形成陶瓷泥料流動的通道;第二是對真空箱進(jìn)行密封，確保陶瓷泥料的充分脫氣;第三是有效地阻止陶瓷泥料的旋轉(zhuǎn)，促使陶瓷泥料產(chǎn)生移向機(jī)嘴的軸向運(yùn)動。

6.3.4擠壓筒

螺旋真空擠壓成形機(jī)的擠壓筒是指從最末端擠泥絞刀的終止處至機(jī)嘴處的一段筒體，常為橫截面積逐漸縮小的圓形—方形的流線型的特殊形狀的筒體（見圖11）。擠壓筒的作用主要是減少或消除陶瓷泥料的脈動輸送等缺陷，促使泥料結(jié)合得更為緊密。采用工作長度較短及過流表面光潔平整的流線型擠壓筒，有利于陶瓷泥料的流動，所需擠壓成形力較少，有利于陶板坯體的擠壓成形;但擠壓筒的工作長度也不能太短，否則，不利于有效地減弱陶板坯體擠壓成形過程中產(chǎn)生的螺旋紋等成形缺陷，易造成坯體干燥變形較大及燒成品合格率低下等，嚴(yán)重影響陶板的產(chǎn)品質(zhì)量。同樣，陶瓷泥料流過工作長度較長及過流表面粗糙凹凸不平的擠壓筒所產(chǎn)生的摩擦阻力較大，所需擠壓成形力也較大，并且單位產(chǎn)品能量消耗高以及生產(chǎn)成本高。因此，為了獲得一定物理機(jī)械強(qiáng)度及高質(zhì)量的陶板坯體以及減少干燥和燒結(jié)工序的變形缺陷，要求陶板塑性螺旋擠壓成形時，其擠壓筒常用的工作長度常以螺旋推進(jìn)器（也稱雙線螺旋絞刀或雙線螺旋葉）的螺距的1～1.5倍為宜。endprint