根据陶瓷薄砖的成型特点对陶瓷压砖机进行技术优化的研究
摘 要：随着能源资源的日益枯竭以及环境的持续恶化，陶瓷行业的可持续发展遭遇严峻挑战。陶瓷薄砖是一种能源节约型产品，在其成型过程中具有低能耗、低污染的显著特点，符合国家产业政策。正因如此，业内纷纷看好陶瓷砖薄型化的发展前景，业内龙头企业开始致力于陶瓷薄砖生产装备以及成型技术的开发，并不断实现突破，取得了长足进步。本文根据陶瓷薄砖的成型特点，介绍了利用陶瓷压砖机进行薄砖压制生产时需要克服的若干关键技术。
关键词：陶瓷压砖机；陶瓷薄砖；精准控制；精确填料
1 前言
中国是世界陶瓷生产和消费第一大国，为世界陶瓷产业的发展作出了巨大贡献。建筑陶瓷产业是典型的“三高”行业（高能耗、高消耗、高污染）。随着国家环保政策的大力实施，节能环保已成为行业的发展主题，随之而来的是陶瓷薄砖闪亮登场。目前尚未有一项权威的薄砖行业标准，但业内人士普遍认同厚度小于5.5 mm的陶瓷砖可定义为薄砖。常规陶瓷墙地砖厚度一般在10 mm以上，如果在保证其使用性能不变的条件下，厚度为3.8～4.8 mm的陶瓷薄砖，比传统的陶瓷砖减少50%以上矿物材料及能源的消耗，重量减少2/3，运输成本减少40%以上。从目前我国陶瓷砖年产量的数量级来看，薄型建筑陶瓷砖对于节约能源和资源，改善环境污染，提高行业经济效益，意义重大。
2 陶瓷薄砖的成型方法
陶瓷薄砖的成型方法主要有两种，分别是皮带干压成型和模具干压成型。2007年蒙娜丽莎公司推出皮带干压技术进行陶瓷薄板的生产，其使用的主要设备有科达研制的MODUL6800双活塞大吨位压机、“魔术师”布料系统、高效节能辊道窑等先进的陶瓷薄板生产配套装备。在生产超大规格薄型陶瓷板时，该套成型装备具有一定优势，但由于设备结构复杂，成本较高，要实现大规模推广并非容易。然而随着技术的提升与改进，模具干压成型技术，已逐渐发展成陶瓷薄砖生产过程中使用范围最广的成型技术。陶瓷薄砖的模具干压成型方法与传统陶瓷砖成型方法原理相同，均使用陶瓷压砖机和模具进行砖坯的压制。但为满足薄砖成型更为严苛的技术要求，在陶瓷压砖机结构设计、控制技术以及砖坯的转移技术等方面都必需进行技术的创新和提升。由于模具干压成型方法能很好的适应各种大、中、小规格陶瓷薄砖的生产，品种规格丰富，因此更有利于薄砖的产业化推广。
3 陶瓷压砖机主机结构及控制技术的优化创新
近年来，恒力泰公司陆续推出了YP7200L和YP5009等型号陶瓷薄砖自动液压机，并开始致力于陶瓷薄砖的产业化推广。通过对机械结构、控制算法等技术的创新，上述型号压砖机具备了压制陶瓷薄砖的能力，在主机结构以及控制技术的优化创新主要体现在以下几个方面。
3.1 压机主体结构的改进
薄砖的厚度较普通陶瓷砖明显要小，在砖坯压制时所造成的厚度误差，在成品上显得容易被放大。由此，对压砖机的抗偏载能力、动梁挠度、动梁运动轨迹对工作台面的垂直度等技术指标均具有更严格的要求。为满足薄砖压制对压砖机的性能要求，YP系列压砖机在主体结构设计上作了大量创新。其中，外置式主缸结构（专利号：ZL200620064089.9）、四杆导向机构和YP3500型压砖机的新型外观设计等技术的创新使用使横梁的强度、刚度和抗偏载能力均得到较大的提高，从而有效地保证了动梁的运行精度。图1为外置式主缸结构示意图。与传统的法兰式结构相比，高压区的缸壁没有任何截面突变和安装螺栓孔，大大减小了主缸的应力集中现象，提高了主缸的抗疲劳强度。
3.2 压制力控制技术的优化
压制力的大小取决于坯体所要求的压强大小和坯体尺寸的大小。压制力不足会造成砖坯强度不够，但过高的成形压力不仅无益于坯体强度和致密度的提高，反而会引起无谓的能量损耗，使坯体产生过压层裂纹的缺陷。因陶瓷薄砖厚度小，其对压力的均匀性、加压保压时间以及排气时间的大小等更为敏感，要求更高。为确保压砖机高、中、低压制力输出更加准确，使砖坯成型过程中升压柔和，受压均匀，恒力泰公司开发出一种压力实时精准控制模式。
由图2可知，当主缸压力达到起控点压力时，进入压力闭环控制阶段并开始曲线关阀；当压力达到设定值时，阀的开度刚好减小至设定的保持开度，从而实现压力的精准控制。满足了薄砖压制时对压砖机的低压和高压压制的更严格的要求。
3.3 动梁的精准控制模式
相对于普通陶瓷砖，陶瓷薄砖的厚度大为减小，其填料深度亦相应变小，在压机动梁快速升降和排气时因冲击所造成的粉料流失，对砖坯厚度误差的影响相对更大。为适应薄砖工艺的更高要求，动梁在快速升降时必须动作柔顺、冲击小。恒力泰公司研发了动梁运动抛物线控制模式，如图3所示。
由图3可知，动梁在下降过程由下降加速段、下降快速段与下降减速段三部分组成。当上模芯接近粉料面时，动梁控制进入下降减速曲线段，此时阀芯开度减小，动梁速度放缓，从而实现柔顺加压。同时，在动梁加压排气过程中采用了更为精细化的位移控制，保证了大型薄型砖坯在压制过程中排气动作准确可靠。由此，稳定的低压压制力再配以精准的排气动作，便可以解决因排气不彻底而造成的坯体夹层难题，从而使大规格薄型砖坯的质量更好，生产效率更高。
4 新型的布料方法和坯体转移技术
4.1 保证砖坯质量的布料推坯方法
传统陶瓷砖的布料方式是利用布料设备中的格栅将粉料推到模腔中的，此方法难以保证粉料铺设的均匀性。对于厚度较大的陶瓷砖影响相对较小，而对于厚度较薄的陶瓷薄砖则有很大影响。传统陶瓷砖成型之后由布料设备中的推坯装置将其推到滚台上。大型陶瓷薄砖由于其表面积大，成型后与下模芯接触面存在较大接触力。推动时会在砖坯下表面产生较大摩擦阻力，造成砖坯破碎。采用分段变速布料方法，保证粉料铺设的均匀性，采用推吸结合的推坯方法进行砖坯的转移，保证砖坯质量。
4.2 避免陶瓷薄砖坯体损伤的出坯方法
传统陶瓷砖坯体成型后，顶出装置将其从模具模框中顶出。而大型陶瓷薄砖，由于其表面积较大、厚度薄，采用顶出方式出坯难以保证其受力均匀，会造成砖坯损坏现象。为解决这一问题，采用模框先下降，模芯再顶出的方法，能有效避免砖坯损伤。
5 结语
陶瓷砖的薄型化已成为行业的发展趋势。若要实现薄砖的大规模推广，除了要有政策的引导，以及人们消费观念的转变外，更关键的是生产装备技术的发展与进步。皮带干压与模具干压成型方法为目前国内陶瓷薄砖主要的成型技术，其中，模具干压成型技术具备将薄砖大规模产业化推广的优势。本文详细介绍了恒力泰压砖机在主机结构设计、控制技术以及砖坯的转移技术等方面所做的多项技术创新。通过这些技术的提升，使陶瓷压砖机具备了生产薄砖的能力。