真空磚機擠出成型模具對燒結(jié)多孔磚質(zhì)量的影響

        二千多年來秦磚漢瓦的優(yōu)良品質(zhì)形成了國人對燒結(jié)墻材產(chǎn)品根深蒂固的信賴，因此國家對墻材革新強制性要求以來，燒結(jié)多孔頁巖磚、煤矸石磚、粉煤灰磚就成為了新墻材的主體，也將會是相當長時期的發(fā)展方向。國家新標準《燒結(jié)多孔磚》GB13544-2011于2012年4月1日起實施。新標準對尺寸偏差、強度等級、孔型、孔結(jié)構(gòu)及孔洞率等指標做了較大修訂，其中提高了孔洞率的技術(shù)指標，孔洞率由過去標準的25%提高到28%，取消了圓形孔和其他孔形，規(guī)定采用矩形孔或矩形條孔，并增加了空洞尺寸要求，新規(guī)定改善和提高了節(jié)能效果，但也增加了生產(chǎn)難度，對生產(chǎn)工藝、裝備和模具提出了更高的要求。為貫徹實施者一強制性新國標，高效生產(chǎn)符合新標準的產(chǎn)品，鞏義市城區(qū)正泰機械廠技術(shù)部根據(jù)目前燒結(jié)多孔磚的質(zhì)量現(xiàn)狀，僅從真空磚機的擠出成型這一角度，談?wù)剶D出成型模具對燒結(jié)多孔磚質(zhì)量的影響。
1. 模具導致磚坯開裂變形的原因
        目前國內(nèi)燒結(jié)多孔磚基本上都是以頁巖、煤矸石和粉煤灰等為主要原料。成型工藝采取螺旋式硬塑或半硬塑擠出成型（即真空磚機），擠出壓力一般≤4MPa，由于頁巖、煤矸石和粉煤灰多是脊性料，塑性和流動性差，擠出的磚坯經(jīng)干燥和燒結(jié)后常常會出現(xiàn)變形和開裂現(xiàn)象，特別是在孔洞周圍裂紋更為嚴重。究其原因，有配料、泥料塑性差、擠出機質(zhì)量、干燥和燒成工藝等方面原因，但由擠出成型模具帶來的問題卻不可小視。
        燒結(jié)多孔磚的模具由模芯固定支架、模芯、模套等三部分組成。磚坯擠出成型原理是：泥料被擠泥螺旋鉸刀推擠到機頭，在這里泥料匯聚形成一個接近密實均勻等壓區(qū)。等壓區(qū)的泥料在后面泥料推擠下繼續(xù)前行，進入安裝于機頭方向的成型模具。在模具入口處，泥料先是被模芯固定架分割成許多股泥料，再進入成型模腔（模道）。收到模具摩擦阻力影響，這些泥料在模腔內(nèi)既做前行又做橫向流動，很快充滿模腔內(nèi)的一切空隙，初步愈合形成多孔磚大面（有孔面）形狀，病在模腔內(nèi)繼續(xù)前行過程中相互擠壓密實均勻和定型，知道擠出模具，成型為多孔磚坯條，再經(jīng)過切割成為磚坯。成型過程中，收到模具結(jié)構(gòu)、剛度和加工精度等諸多因素的影響，泥料在模具內(nèi)前行和橫向流動阻力會各點不一致，速度不一致，導致擠出磚坯條斷面的密實度不均勻，特別是在矩形孔洞的四個角處因形狀突變，會造成磚坯在干燥和燒結(jié)過程中因形成應力集中而變形干裂。
2.模具設(shè)計應注意的問題
        燒結(jié)多孔磚所用的真空磚機擠出成型模具由模芯固定支架、模芯、模套等部分組成，根據(jù)燒結(jié)多孔磚新標準對孔形，孔洞率的要求，我單位就模具設(shè)計應注意的問題談?wù)勔娊猓�希望能夠�(qū)�解決因模具問題二引起的多孔磚變形開裂問題起到拋磚引玉作用。
2.1 模芯固定架
        模芯固定架的作用是將所有模芯桿的前端按磚型孔洞排列要求固定在支架上，支架固定在模套前端上，模芯另一端呈懸臂狀插入在模套中，模芯之間、模芯與模套之間的空間形成泥料通道（模道），從機口過來的壓力泥料穿越支架空隙，被分成許多股泥流進入模具成型腔，為了使進入模具成型腔的泥料壓力損失小、流速均勻一致，模芯支架應設(shè)計成對稱布置和盡量大的過泥面積，并且在保證強度和剛度、芯桿穩(wěn)定不變形的基礎(chǔ)上，以增大過泥面積和減小過泥阻力，使泥料在模具成型腔的前部就能夠盡快壓縮，愈合成型。模芯固定架設(shè)計的合理，既能有效提高磚坯的均勻性、密實度，又可以適當縮短模具長度，降低擠出能耗。
2.2 模芯
        模芯的斷面形狀就是磚坯孔洞形狀，新國標要求燒結(jié)多孔磚孔洞率≥28%，取消了圓形孔和其他孔型，規(guī)定采用矩形孔或矩形條孔，還規(guī)定了孔的尺寸范圍。這樣雖然能夠改善和提高節(jié)能效果，但由于矩形孔的四角是干燥和燒結(jié)時的應力集中處，是最容易開裂的部位，一塊小規(guī)格多孔磚矩形孔的孔角數(shù)量一般都在100個以上，這些孔角都是形成開裂的隱患。新標準規(guī)定孔角要有過渡圓角，卻沒有規(guī)定最大圓角半徑，許多企業(yè)為了節(jié)約模具加工成本，沒有真正做到將模芯四條棱角加工成圓角，只是隨便倒倒角了事，應力集中問題沒有解決，開裂依然嚴重。從提高磚坯強度，減少孔角開裂角度考慮，圓角半徑越大越好，但過大會影響到孔洞率和保溫效果，因此設(shè)計合適的孔洞過渡圓角半徑尤為重要。筆者認為圓角半徑r與孔洞寬度b之比≥1/6為好，模芯在模套內(nèi)的長度以距離模口（出坯口）5mm左右較為合適。
2.3 模腔形狀和縱向長度（成型長度）
        模腔形狀和縱向長度（成型長度）設(shè)計要滿足磚坯的成型要求。它與泥料的塑性、模芯支架布置和過泥面積、磚坯的孔形、孔密度、磚坯的外壁厚和肋后有關(guān)。成型長度過長，出坯阻力增大，真空磚機擠出力不夠，出坯率降低，制磚機功耗加大，同時還會出現(xiàn)泥料在螺旋鉸刀出返泥發(fā)熱現(xiàn)象，帶來磚坯開裂問題，對設(shè)備、模具和產(chǎn)品都不利；過短，出坯阻力小，泥料在模具內(nèi)沒有足夠的擠壓力，愈合成型不好，坯體斷面密實度不夠，均勻性差，特別是孔角處更易形成密實度不均勻現(xiàn)象，帶來干燥和燒成開裂變形問題。筆者認為成型長度與磚坯最大外壁（或肋厚）之比應大于8為好。應該指出的是，有許多的真空磚機擠出模具模腔形狀設(shè)計成完全倒喇叭收縮出口，沒有設(shè)計一段等徑擠出模腔，泥料成型缺少定型階段，這也會帶來磚坯的成型缺陷。
3.結(jié)語
        成型是燒結(jié)多孔磚生產(chǎn)工藝中十分關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，模具的優(yōu)劣對磚坯質(zhì)量起到至關(guān)重要的影響。近年來我國燒結(jié)多孔磚成型模具技術(shù)發(fā)展較快，從模具材料道結(jié)構(gòu)設(shè)計，從機械加工到耐磨處理，技術(shù)水平都有很大提高。模具材料有最初的普通碳素鋼到合金模具鋼，加工油傳統(tǒng)的車、刨、割焊到今天高精度的三維數(shù)控加工，耐磨處理也有當初的單一淬火發(fā)展到陶瓷襯套、表面噴漆和化學熱處理等。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮泥料的特性和泥料在模具中經(jīng)過泥條壓縮愈合，均勻密實和定型的擠出成型過程。為保證模具出坯速度均勻一致，要有調(diào)節(jié)擠出成型阻力機構(gòu)，如機內(nèi)的芯桿架、芯桿機械調(diào)節(jié)和機頭機口內(nèi)壁液體潤滑調(diào)節(jié)對塑性差和泥料顆粒粒徑偏大的泥料，在符合新國標要求基礎(chǔ)上，建議成型模具孔洞數(shù)量設(shè)計要盡量少，孔洞尺寸盡量大，這樣孔洞角的總數(shù)量少，四角的過渡圓角半徑取值可大些，外壁和內(nèi)肋厚度也能適當加大。模具的成型長度設(shè)計要適當，要有一段等徑擠出模腔。總之，對同樣的原料，使用設(shè)計合理，加工精細，強度高和耐磨性好的模具可以有效防止磚坯缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低真空擠出機的能耗和磨損。