面向“福文化”設(shè)計的一種異形智能滾壓機(jī)的研發(fā)及應(yīng)用

文/林國枝

面向“福文化”設(shè)計的一種異形智能滾壓機(jī)的研發(fā)及應(yīng)用在原有的滾壓機(jī)的基礎(chǔ)上融入電腦智能控制板，通過改進(jìn)上下模的轉(zhuǎn)速，使其旋轉(zhuǎn)的角速度一致，讓機(jī)器操作更加方便、快捷。該技術(shù)不但可以降低陶瓷生產(chǎn)成本、提高工作效率、節(jié)省空間，還可以實現(xiàn)多邊形、異形的滾壓成型，在陶瓷成型技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)革命性變革，助力陶瓷產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)方式自動化、智能化。

異形智能滾壓機(jī)科學(xué)意義

傳統(tǒng)滾壓機(jī)成型原理是柔軟的泥土塊在上模（尼龍耐磨材質(zhì)）和下模（石膏外形）之間的縫隙之間，泥土塊經(jīng)過上下模具旋轉(zhuǎn)擠壓成型的一種成型工藝。傳統(tǒng)滾壓成型機(jī)滾壓出來的產(chǎn)品主要是圓形的。異形產(chǎn)品比較難滾壓脫模，大大限制了產(chǎn)品造型的多樣性。傳統(tǒng)的注漿成型生產(chǎn)效率低下，加上人工成本較高，極大限制了產(chǎn)品生產(chǎn)速度。異形智能滾壓機(jī)主要在原有滾壓機(jī)的基礎(chǔ)上融入電腦智能控制板，通過改進(jìn)上下模的轉(zhuǎn)速，使其旋轉(zhuǎn)的角速度一致，讓機(jī)器操作更加方便、快捷。該技術(shù)不但可以降低陶瓷生產(chǎn)成本、提高工作效率、節(jié)省空間，還可以實現(xiàn)多邊形、異形的陶瓷制品的滾壓。陶瓷異形滾壓的價格往往比傳統(tǒng)滾壓的造型價格高出好多倍。

異形陶瓷智能滾壓機(jī)的使用不但可以大幅度降低工人的勞動強度，而且可以大幅度提高陶瓷滾壓的生產(chǎn)效率。當(dāng)代現(xiàn)有陶瓷滾壓自動化生產(chǎn)線，從工人把工廠運輸過來的泥土放到架子上，采用自動升降的方式把陶土重新煉泥輸送到泥土紅外線定量切割機(jī)，根據(jù)事先設(shè)置好的量進(jìn)行切割，再由輸送設(shè)備放置陶瓷模具中，進(jìn)入下一個滾壓成型工序，在磨具邊緣放置一把切割到，壓制陶瓷產(chǎn)品時把多余的泥土切割下來，輸送到指定的容器進(jìn)行回收，壓制的陶瓷成品由輸送帶送到下一個環(huán)節(jié)，在輸送過程中，為了陶瓷坯體更好取，往往會有加熱烘干裝置，通過烘干裝置可以把坯體烘干到可以取拿的狀態(tài)，再由取坯裝置機(jī)器吸取到轉(zhuǎn)盤上進(jìn)行修坯環(huán)節(jié)，這個階段同通常每個陶瓷制品會有一個空位，底座還可以轉(zhuǎn)動，修坯過程，將滾壓成型的陶瓷制品放置好之后，啟動陶瓷制品邊緣的擦水設(shè)備裝飾將陶瓷邊緣的雜質(zhì)清理干凈，讓整個陶瓷產(chǎn)品表面更加光滑，質(zhì)量更高。

完成以上工作，陶瓷制品即可進(jìn)入晾干環(huán)節(jié)，工人往往只需從輸送平臺把陶瓷制品坯拿取放到帶輪子架子的平板上。待晾干之后就可以進(jìn)入陶瓷制品生產(chǎn)的另外環(huán)節(jié)。滾壓成型的方式也有一些程序需要改:一是環(huán)形自動輸送線需要循環(huán)輸送，滾壓成型后的陶瓷產(chǎn)品坯體還不能直接輸送到下一個生產(chǎn)工序，需要工人拿到架子上進(jìn)行晾曬，這樣就需要設(shè)置晾曬場地，還得反復(fù)搬；二是除去需要滾壓成型生產(chǎn)場地，還另外需要晾曬場地，占地面積大，對于生產(chǎn)場地要求；三是不能完全實現(xiàn)陶瓷制品自動化生產(chǎn)，仍然需要陶瓷工人一些輔助搬；四是陶瓷滾壓成型設(shè)備滾壓成型過程中，環(huán)形自動生產(chǎn)線其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題整條生產(chǎn)線就必須停止，生產(chǎn)速度受限于滾壓成型的速度以及環(huán)形自動輸送線輸送速度。

異形智能滾壓機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)下陶瓷生產(chǎn)方式利用陶瓷機(jī)械自動化生產(chǎn)不多，大部分半手工設(shè)備仍處四五十年代代的水平，很多都是用半自動化方式來生產(chǎn)，比如傳統(tǒng)的滾壓成型，要把較干濕的泥土放置滾壓模具中，滾壓頭滾完產(chǎn)品造型，還得手工從模具中取出產(chǎn)品。每天這樣反復(fù)工作，工人的勞動強度大，工作很累，一般的工人根本吃不消，特別是新時年輕人人根本不愿意從事這種重復(fù)性的工作，因此勞動力短缺，企業(yè)招工困難。

在生產(chǎn)方面，工廠效率低，生產(chǎn)和勞動力成本高，生產(chǎn)日用陶瓷產(chǎn)品單價原本就不高，所以企業(yè)發(fā)展困難重重，很多陶瓷生產(chǎn)企業(yè)都是處在保本或虧本運作，只維系最基本的生活保障。

滾壓成型是一種陶瓷坯體的成型方法，滾壓成形由旋壓成形發(fā)展而來，采用旋轉(zhuǎn)塑形代替型刀作為主要成形部件，與模膜成形比較相似?，F(xiàn)有的滾壓成型機(jī)需要由人工操作，通常人工拾取泥料放入成型模具中，再將成型模具轉(zhuǎn)移至塑形臺，由滾壓機(jī)進(jìn)行滾壓成型。這種滾壓機(jī)的使用過程中存在一定的缺陷，如人工取料無法保證泥料份量統(tǒng)一，如人工操作流程反復(fù)，容易產(chǎn)生疲勞，持續(xù)性差，人工成本高。這些無法形成智能化生產(chǎn)流程，限制著生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展。

異形智能滾壓成型是由旋坯成型發(fā)展而形成的新型滾壓工藝。把旋坯成型的樣板刀改變?yōu)榧忮F形或圓柱形的回轉(zhuǎn)一體滾壓頭。滾壓成形時，盛放著泥料的模型和滾壓頭分別繞自己的軸線以確定旋轉(zhuǎn)速度。根據(jù)滾壓頭的轉(zhuǎn)動方向，將塑性泥團(tuán)進(jìn)行“滾”和“壓”而延展形成具有一定形狀的坯體。目前市場上滾壓成型的方法，按照模型的形狀區(qū)分，有陽模滾（外）和陰模滾（內(nèi)）兩種。按照滾頭的溫度來區(qū)分，有熱滾壓和冷滾壓兩種。

陽模滾壓一般適應(yīng)于盤、碟等扁平類器物或者內(nèi)表面飾有花紋的器皿成型。用陽模滾壓的坯體，坯體是由模型進(jìn)行支承，坯體干燥時收縮均勻，既可以減少變形又可以不必翻模，滾壓成型后可以直接進(jìn)行干燥。這種滾壓成型方式要求泥料不能過多的水分份，主軸轉(zhuǎn)速不宜太快，這樣才能便于泥料展開，同時又不至于因離心力的作用而把泥料甩開。日常滾壓大件產(chǎn)品時，通常都是先將泥料進(jìn)行預(yù)（旋），使?jié)L壓機(jī)滾壓時容易沿模型下彎和延展，從而滾壓成型所需要的坯體結(jié)構(gòu)。

另外一種陰模滾壓，通常適用于碗、杯類產(chǎn)品的滾壓成型。這種滾壓方式由于泥料受模型的承托和限制，主軸轉(zhuǎn)速可適當(dāng)快些，滾壓成型過程比較不受泥料的可塑性和泥料水份的限制。

異形智能滾壓機(jī)研究內(nèi)容

當(dāng)下陶瓷市場正在逐步走向中高端，工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品的要求更加精細(xì)化。滾壓又是陶瓷坯體快速成型的一種工藝。比如一套陶瓷茶具有4—5 種器型，用1 臺滾壓機(jī)來生產(chǎn)1 套陶瓷茶具，需要更換上下模具至少4 次。當(dāng)廠家需要滾壓成型拇指大小的產(chǎn)品時，傳統(tǒng)的滾壓機(jī)占用面積太大，還需要頻繁更換上模模具，造成產(chǎn)能浪費、生產(chǎn)效率低下。介于小型的異形智能滾壓機(jī)優(yōu)勢，在市場的占有非常重要的地位，有非常大的市場發(fā)展空間，根據(jù)市場發(fā)展要求，主要從以下幾方面進(jìn)行研究。

不同土質(zhì)陶瓷小配件滾壓成型所需最小的壓力、轉(zhuǎn)速、力矩

不同土質(zhì)陶瓷小配件滾壓成型所需最小的壓力、轉(zhuǎn)速、力矩是不相同的。比如陶瓷小茶杯一般只有幾厘米，在生產(chǎn)這種小型的杯子時，需要的壓力、轉(zhuǎn)速和力矩較小，只需要用小型的智能滾壓機(jī)就能成型，大大節(jié)省了空間。在產(chǎn)品成型方面，用這種小型的滾壓機(jī)也能滾壓出所需的杯子造型。茶壺球王，蓋碗的蓋粒（僅有拇指大小10mm—20mm）。

研究非圓形的滾壓機(jī)制

非圓形的滾壓模主要包括上模軸和下模軸的適合夾角角度，在開模具的過程中主要考慮上模模具和下模磨具在產(chǎn)品實際的成型過程中如何讓上下模相對角度保持一致。只要上下模的角度相對保持一致，在產(chǎn)品滾壓時才能很好地滾壓成型。上下模同向同行在滾壓過程不但能很好成型，而且能滾壓出異形的造型。異形造型的滾壓成型工藝主要是上下模磨具吻合角度和材料的塑性移動滾壓加工成各種形狀復(fù)雜異形陶瓷制品。

異形滾壓機(jī)的工作原理是線接觸，一般磨具動力較小，可以連續(xù)工作，在工作過程中，異形智能滾壓可以自動啟動消切工藝，把多余的部分切割掉，用這種方式不僅節(jié)約材料，還大大節(jié)省勞動成本，陶瓷制品的質(zhì)量不但品質(zhì)高、質(zhì)量相對穩(wěn)定，用異形智能滾壓的生產(chǎn)方式還解決了很多傳統(tǒng)滾壓成型無法解決的生產(chǎn)工藝，這種滾壓工藝適合加工尺寸較長，而且數(shù)量多難于加工的陶瓷制品，采用這種工藝解決了很多傳統(tǒng)很難滾壓的造型，經(jīng)濟(jì)效益也最為可觀。

通過采集的數(shù)據(jù)，對直線運動的上下Z軸、左右X 軸進(jìn)行選型

計算推力1=Fx0.008/2πx80% F=628N 換算成可以推動物品的重量：重量=628/GXf （f 為摩擦系數(shù)）≈30KG 即1NM直線步進(jìn)電機(jī)的推力為628N，可帶動大約30-40KG 物品。所以3NM 的86 步進(jìn)電機(jī)（或者80 伺服電機(jī)）推力約為90—120KG.中間還可以增加減速電機(jī)從而增加推力。

可以有以下兩種方式組合選型：一是3Nm 的86 步進(jìn)電機(jī)，2005 滾珠絲桿，20 的滑塊；二是3Nm 的80 伺服電機(jī)，2005滾珠絲桿，20 的滑塊。

上下模具的旋轉(zhuǎn)軸電機(jī)初步定80 伺服電機(jī)。

針對異形的產(chǎn)品通過模擬的形式對上模成型夾具進(jìn)行3 維設(shè)計

設(shè)備：win 系統(tǒng)電腦，軟件：Rhino 6 或pro/E 和Solidworks三維設(shè)計軟件。Rhino 6 或pro/E 主要對上下模進(jìn)行三維設(shè)計建模，而Solidworks 則負(fù)責(zé)將建立好的上下模具模型放入到滾壓機(jī)數(shù)字模型中進(jìn)行運動模擬。

針對異形的產(chǎn)品下摸具成型工藝，對下模具和滾筒之間快換和定位的結(jié)構(gòu)設(shè)計，重點在于直立滾壓機(jī)的上下模具制作，上下模具首先需要考慮快裝和定位，上下模具都需要至少1 個垂直于旋轉(zhuǎn)軸的定位基準(zhǔn)面。

異形智能滾壓機(jī)特色與創(chuàng)新

傳統(tǒng)滾壓機(jī)在生產(chǎn)18mm 左右的產(chǎn)品時需要停機(jī)才能取出模具。異形智能滾壓機(jī)是直立型的結(jié)構(gòu)滾壓機(jī)，可以避免要停機(jī)才能取模具的問題。上模采用直立型會使結(jié)構(gòu)更加緊湊，機(jī)械更不占用地面空間。直立形式的滾壓機(jī)在結(jié)構(gòu)上更加靈活，甚至在后期可以做到1 機(jī)多用。比如：車土坯外形，修杯子底足等等，在工作過程中這些功能都可以通過電腦程序控制面板來實現(xiàn)。大大增加了智能滾壓機(jī)的適用范圍，提高了滾壓效率，滿足市場的不同需求。

建立針對日用陶瓷自動化生產(chǎn)設(shè)備，圍繞陶瓷異形智能滾壓修坯機(jī)器的關(guān)鍵技術(shù)開展圍繞智能滾壓關(guān)鍵技術(shù)的分析，在智能滾壓關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，集成先進(jìn)的氣動、液動、工業(yè)機(jī)器人、微機(jī)數(shù)控技術(shù)，研究設(shè)計出取代傳統(tǒng)滾壓成型機(jī)機(jī)械變速和凸輪控制的模式，柔性地設(shè)定影響成型效率和質(zhì)量的諸多工藝參數(shù)，使陶瓷成型生產(chǎn)實現(xiàn)自動化、智能化，形成自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，形成產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。

異形智能滾壓成型生產(chǎn)線可以設(shè)置多種配置，以連續(xù)操作沖壓和切斷零件。為了將零件切割成一定長度，可以將生產(chǎn)線設(shè)置為使用預(yù)切割模具，其中單個坯料穿過軋機(jī)，或使用后切割模具，在輥軋成型過程后切割輪廓?？梢酝ㄟ^在滾軋成型線中沖壓，在孔、凹口、壓花或剪切形式中添加特征。這些零件特征可以在預(yù)沖壓應(yīng)用（輥成型開始之前）、中線沖壓應(yīng)用（輥成型線/工藝中間）或沖壓后應(yīng)用（輥成型完成后）中完成.一些輥軋成型線僅包含上述沖壓或切割應(yīng)用中的一種，而另一些則將部分或全部應(yīng)用整合到一條線上。

異形智能陶瓷制品滾壓機(jī)，由機(jī)座、前后滑動支架裝置、滾頭上下滑動裝置、傳動裝置以及模頭裝置組成，其特征在于前后滑動支架裝置包括安裝在機(jī)座上的前后導(dǎo)軌座，前后導(dǎo)軌座的兩邊設(shè)有橫向設(shè)置的直線導(dǎo)軌，直線導(dǎo)軌上配有滑臺，滑臺上設(shè)有立式框架，立式框架的一側(cè)設(shè)有前后滑動拉桿，前后滑動拉桿的末端連接有調(diào)整塊，調(diào)整塊上連接有前后滑動擺桿，前后滑動導(dǎo)軌座上還設(shè)有支撐板，支撐板的兩側(cè)分別插入有螺栓，螺栓穿過支撐板后套有彈簧圈且與立式框架的底部連接，螺栓的端部裝有墊片套，立式框架的正面還設(shè)有縱向設(shè)置的直線導(dǎo)軌；滾頭上下滑動裝置包括安裝在縱向設(shè)置的直線導(dǎo)軌上的滑臺，滑臺上設(shè)有上下滑動的支架，支架上設(shè)有滾壓減速機(jī)，滾壓減速機(jī)的下端通過轉(zhuǎn)軸連接滾壓頭，滾壓減速機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動，支架的后端還連接有縱向設(shè)置的上下滑動拉桿，上下滑動擺桿的一端與上下滑動拉桿的下端連接，其另一端與機(jī)座活動連接，上下滑動擺桿的中部設(shè)有滾輪，立式框架的上端設(shè)有滑輪，滑輪上設(shè)有鏈條，鏈條的一端與上下滑動的支架連接，其另一端與平衡鐵板連接；傳動裝置包括傳動軸，傳動軸的一端連接渦輪蝸桿減速器的輸出端，其另一端連接在軸承上，傳動軸的中部設(shè)有前后滑動凸輪、上下滑動凸輪；模頭裝置包括石膏模鋁套，石膏模鋁套的下端通過傳動軸與皮帶輪連接，皮帶輪通過電機(jī)驅(qū)動，模頭裝置通過支撐套固定在機(jī)座上。

目前，傳統(tǒng)的陶瓷坯滾壓成型設(shè)備，采用電機(jī)驅(qū)動石膏模桶的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，由于每次完成陶瓷坯的成型后，通常采用剎車裝置讓石膏模桶停止轉(zhuǎn)動，因此經(jīng)過長時間的工作后，剎車裝置容易損壞，導(dǎo)致陶瓷坯滾壓機(jī)需要每隔幾個月就停止工作，更換新的剎車片。此外，石膏模桶成型后需要進(jìn)行修邊等精加工，而加工產(chǎn)生的廢泥容易進(jìn)入滾壓機(jī)內(nèi)，導(dǎo)致各部件損壞，也導(dǎo)致陶瓷坯滾壓機(jī)常常需要停機(jī)清理廢泥，對各部件進(jìn)行檢修或更換。

異形智能滾壓包括機(jī)架、石膏模桶、陶瓷坯修邊裝置、石膏模桶驅(qū)動裝置、滾壓裝置、滾壓裝置位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，滾壓裝置位置調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)架上，滾壓裝置安裝在滾壓裝置位置調(diào)整機(jī)構(gòu)上，石膏模桶可轉(zhuǎn)動地安裝在機(jī)架前端中部，陶瓷坯修邊裝置安裝在機(jī)架上并且陶瓷坯修邊裝置位于石膏模桶上方，其特征在于石膏模桶驅(qū)動裝置包括伺服主軸、皮帶傳動機(jī)構(gòu)，石膏模桶具有向下延伸的第一轉(zhuǎn)軸，伺服主軸安裝在機(jī)架上并且伺服主軸通過皮帶傳動機(jī)構(gòu)連接石膏模桶的第一轉(zhuǎn)軸，伺服主軸帶動石膏模桶的第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。

由于采用伺服主軸帶動石膏模桶的第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，因此無需剎車裝置即可讓轉(zhuǎn)動快速停止轉(zhuǎn)動，生產(chǎn)者無需為了更換損壞的剎車裝置而停機(jī)。這種智能滾壓機(jī)能夠有效避免廢泥、灰塵對各部件造成不良影響而導(dǎo)致部件損壞，大大延長各部件的壽命。智能異形滾壓機(jī)通過上下模夾具的制作，制作工藝成型和改進(jìn)。通過試驗測試，將智能異形滾壓機(jī)投入到市場，使其正常投入到工廠服務(wù)陶瓷企業(yè)進(jìn)行滾壓進(jìn)行生產(chǎn)。從而達(dá)到服務(wù)整個陶瓷產(chǎn)業(yè)的目的，讓陶瓷行業(yè)從業(yè)者享受這一成果，進(jìn)而達(dá)到改變陶瓷行業(yè)滾壓成型的革命性變革，加快陶瓷行業(yè)自動化、智能化生產(chǎn)。