Формование изделий из пластичных масс

Формование изделий из пластичных масс в произ­водстве бытовой керамики является основным (94— 96% общего выпуска). Оно также широко используется в технологии строительной керамики, химически стой­ких изделий.

Несмотря на то, что процессы формования изделий бытового назначения наиболее механизированы и авто­матизированы, трудоемкость формования плоских изде­лий составляет еще 16—22% общих затрат, необходи­мых на их изготовление, а полых изделий — еще больше (включая подвялку, оправку и приставку деталей).

Преимущество пластического формования перед дру­гими способами заключается в возможности формова­ния изделий различного размера, имеющих форму тел вращения, на относительно несложном, но производи­тельном оборудовании. При пластическом формовании изделий наиболее полно используются ценные свойства керамических масс— пластичность и формовочная спо­собность.

Пластическое формование основано на явлении пла­стической деформации керамической массы под воздей­ствием внешних сил (давления ролика или шаблона). Непременное условие пластического формования — ис­пользование достаточно вязких масс, у которых сумма сил внутреннего сцепления (когезия) больше суммы сил сцепления с рабочей поверхностью формующего обору­дования (адгезия), а коэффициент внутреннего трения больше коэффициента внешнего трения.

Существенным недостатком пластического формиро­вания является то, что масса, сжимаемая с двух сторон поверхностями формы и формующей головки, устрем­ляется в свободное пространство, приобретая анизо­тропную текстуру. При таких условиях формования плотность и напряжение по всему обрабатываемому объему массы будут различны. Максимальные значения напряжений будут наблюдаться у рабочих поверхно­стей, минимальные — на границе массы и свободного пространства. В этих зонах возникают упругие дефор­мации без разрушения структуры, сохраняющей дефек­ты, приобретенные на предыдущих операциях (обезвоЖивание на фильтр-прессах, вакуумирование), что мо­жет вызвать деформацию изделий.

Параметры формования, формовочная способность массы регулируются корректировкой ее состава. При содержании в массе глинистых материалов в количест­ве, большем оптимального, условия формования изде­лий ухудшаются в результате повышения прилипаемо-сти массы, так как изменение усилий, затрачиваемых на пластическую деформацию массы, пропорционально от­носительному изменению ее прилипаемости (рис. 42).

На качество формования изделий большое влияние оказывает величина окружной скорости различных то­чек изделия в процессе его формования. Оптимальные окружные скорости в точках изделий, максимально уда­ленных от оси вращения при формовании, не должны превышать для тарелок — 5, для блюдец — 4, 15 м/с.

Для различных по составу масс требуется вполне определенная влажность, частота оборотов шпинделя, формующей головки и температура нагревания головки (табл. 7).

Для масс с низкой влажностью необходима повы­шенная частота вращения шпинделей. Слишком высо­кая частота вращения вызывает появление дефекта «жмотин» на внутренней поверхности тарелок. Опти­мальная разность частот вращения шаблона (ролика) и шпинделя 0, 8—1, 2 с-1. При меньшей разности возмож­но прилипание массы к шаблону, при большей — рых­лость наружной поверхности.

Формующие ролики снабжены электрообогревате-лем, обеспечивающим их нагрев в пределах 105—140° С. Ролики из гидрофобных материалов (фторопласта, по­лиэтилена) нагрева не требуют. Более высокая темпе­ратура нагревания формующей головки может быть причиной рыхлости наружной поверхности изделия, тогда как низкая (менее 90° С) вызывает прилипание пласта к поверхности формующей головки.

Использование формовочных роликов позволяет фор­мовать тонкостенные полые изделия, повышает их устойчивость к деформациям при обжиге и просвечивае­мость, а также уменьшает возможность образования неровностей на поверхности. При формовании роликом производительность труда повышается на 30%. В про­изводстве тарелок с помощью роликовой головки про­должительность сушки уменьшается на 10—15% в ре­зультате использования массы меньшей влажности.

Различные шаблоны и профильные ролики по-раз­ному действуют на формуемую массу. Шаблон простой воздействует на массу по контуру формуемого изделия, одновременно уплотняя и разравнивая (срезая) изли­шек массы. Главное усилие затрачивается на срезание излишка массы и незначительное — на уплотнение ее (рис. 43, а). Для получения гладкой поверхности при недостаточном уплотнении массы необходимо, чтобы влажность ее была равна 23—25%, а заготовка в про­цессе формования увлажнялась водой.

Использование утолщенных шаблонов (рис. 43, б) улучшает условия формования, так как при этом до­стигается большое уплотнение массы и меньшие усилия затрачиваются на срезание ее излишка. Влажность за­готовки может быть снижена на 1, 5—2%, исключается увлажнение заготовки при формовании. Наибольшее уплотнение массы достигается при раскатывании ее в процессе формования профильным роликом (рис. 43, в). Увлажнение пласта не требуется, так как ролики обору­дованы электронагревателями. Использование профиль­ных роликов позволяет изготовить изделия любого вида при высоком качестве формования (рис. 44).

.Правильный выбор размера заготовок способствует повышению качества формования и снижает расход массы. Для тарелок диаметром 200—240 мм рекомен­дуются заготовки диаметром 120—130 мм, а для таре­лок диаметром 150—175 мм и блюдец —80 мм.

Для формования плоских фарфоровых и фаянсовых изделий широко используют полуавтоматы ПТ-5 и ПТ-6. Эти полуавтоматы отличает одностадийность формова­ния плоских изделий обогреваемым роликом вместо ша­блонов. Электроподогрев осуществляется нихромовыми спиралями, уложенными в пазах диска в керамической изоляций, (рис. 45). На базе указанных полуавтоматов созданы новые полуавтоматы более совершенных конст­рукций: АСФ-05, АСФ-06, АСФ-07, АСФ-08, а для фор­мования полых изделий — роторные полуавтоматы ФАП-18 и ФАП-22.

Полуавтомат АСФ-07 предназначен для формова­ния плоских изделий (таре­лок диаметром 240 мм) и является усовершенствован­ной моделью полуавтомата ПТ-6.

Уникальные роторные полуавтоматы ФАП-18 и ФАП-22 для формования по­лых изделий — двухшпин-дельные, снабженные роли­ковыми шаблонами из фто­ропласта. Формование изде­лий производится одновре­менно на двух позициях при повороте восьмигнездного стола на 1, 8 радиана. Цикл формования 10 с. Для формования крышек чайников и сахарниц используют полу­автомат ФАК-19 производительностью до 12 тыс. изде­лий в час.

Для формования чашек также используют одно-шпиндельные полуавтоматы типа К/ДВеД1 и К/ДВеД («Тюрингия», ГДР) производительностью 300—900 ча­шек в час и более совершенные модели K/RSA произ­водительностью 1, 2—1, 6 тыс. чашек в час, а для фор­мования тарелок — полуавтоматы типов К/ДТеДь К/ДЭА производительностью 300—650 шт. в час. Полу­автоматы комплектуются с сушилками и составляют основу поточных линий. На заводах для формования изделий также используют полуавтоматы фирм «Нетчш», «Дорст», «Цейдлер» (ФРГ), «Сервис Инжи-нирс» (Англия) и др.

Новый метод пластического прессования изделий разработан фирмой «Рам» (США). По этому методу изготовляют хозяйственный фарфор и полуфарфор, электрофарфор, химический фарфор и другие изделия. Для формования используют гидравлический пресс мощ­ностью 90 т с удельным давлением прессования 20, 7 МПа/см2 и скоростью прессования 0, 02 м/с. Метод обеспечивает высокое качество изделий и снижает отхо­ды на всех последующих стадиях производства.

Последовательность технологических операций пла­стического формования в зависимости от вида изделий приведена на рис. 46, а операций при формовании таре­лок на полуавтомате при агрегатном способе производ­ства и на механизированных линиях — соответственно на рис. 47 и 48.

Производительность линии при ее работе по I вари-* анту 1200 изделий в час при расходе электроэнергии до 80 кВт-ч, горячего (70—95° С) воздуха — 60— 65 тыс. м3/ч и продолжительности одностадийной суш­ки около 30 мин. При двухстадийной сушке температу­ра теплоносителя в первой сушилке равна 60—70° С, во второй 105—110° С.

Последовательность операций при изготовлении ча­шек и кружек на автоматизированных линиях приведе­на на рис. 49.

Влажность корпусов чашек и кружек после первой сушки 14—16%, после второй —не более 2%. В зависи­мости от условий сушки (одно- или двухстадийная) изделия, подвяленные до 12—18% или высушенные до 2—5% влажности, оправляют и приставляют к ним детали (ручки, носики).

Оправка и зачистка. Оправка изделий заключается в снятии заусенцев и неровностей на их поверхности, обдувке и зачистке влажной губкой. Оправка полых' изделий более трудоемка, чем плоских: первоначально срезают швы на поверхности изделий, оправляют края, заглаживают влажной губкой поверхность. Выполняют оправку сухим (плоские изделия, тонкостенные чашки) или влажным (полые изделия) способами. При сухой оправке плоские изделия высушивают до 5% влажно­сти, а затем обрабатывают по краю и лицевой стороне сухим абразивным материалом. При этом выделяется много пыли, увеличивается бой сухих изделий, исполь­зование автоматов малоэффективно. По этой причине сухая оправка плоских изделий уступила место влаж­ной (влажность 12—18%).

Одновременно с оправкой в корпусах чайников и ко­фейников проделывают отверстия (сетку) при помощи сверлильного или пробивочного приспособления.

Приставные детали — ручки, носики и т. д. изготов­ляют способом литья в многогнездных двусторонних гипсовых формах с центральным каналом. Носики от­ливают сливным методом, ручки — наливным.

Ручки и носики приставляют обычно к сырому че­репку с влажностью 12—19% и реже к сухому с влаж­ностью 1, 5—2%, т. е. после окончания сушки. В первом случае необходима дополнительная подсушка изделий после приставки деталей. Обязательное условие — кор­пуса изделий и приставные детали должны иметь при­мерно одинаковую влажность, разница не должна пре­вышать 2 %.

Ручки и носики приклеивают к корпусам изделий клеем жижелем, приготовленным из загустевшего шли­кера 30—33%-ной влажности или сушья (отходов), гла­зури с добавкой 1—2% декстрина или карбоксиметил-целлюлозы (КМЦ) 6—8%-ной концентрации. До ис­пользования жижель должен выстоять не менее двух недель. Влажность жижеля 30—32%. Приставные дета­ли должны хорошо прилегать к поверхности корпуса изделия.

Качество приставки деталей во многом зависит от прочности корпуса полуфабриката, характеризуемой со­противлением излому: для фарфора — 2—2, 5 МПа, фа­янса— 4—6 и низкотемпературного фарфора — 3, 5— 5 МПа. Если указанная прочность полуфабриката в ус­ловиях агрегатно-поточного производства является до­статочной, то в условиях автоматизированного произ­водства она должна быть повышена на 40—50% за счет ввода в массу изделий бентонита, сульфитно-спиртовой барды, карбоксиметилцеллюлозы.

Приставка ручек к корпусам чашек выполняется как вручную, так и на полуавтоматах фирм «Дорст», «Нейтчш» (ФРГ), «Сервис Инжинирис» (Англия) и др. Производительность полуавтоматов 7—8 тыс. изделий в смену.

Полые изделия (чашки, кружки), обжигаемые в спа­ренном виде, после оправки и приставки ручек склеива­ют попарно клеем на основе КМЦ или поливинилового спирта и направляют на обжиг. Оправка и зачистка изделий должны выполняться, как правило, влажным способом.

Дефекты формования. Пороки пластического формо­вания являются результатом несовершенства методов формования, оборудования и недостаточной гомогенно­сти массы.

Трещины возникают при неоднородной влажности массы, использовании тощих масс, недостаточном помо­ле каменистых компонентов массы, неравномерном ув­лажнении пласта при его разводке, неправильном режи­ме формования, преждевременной выбивке полых изде­лий из формы, завышенной частоте вращения шпинде­ля, неисправности шаблона, плохом вакуумировании, слишком тонком помоле массы и пониженной ее влаж­ности.

Морщины («жмотины») появляются при излишке по­даваемой на пласт воды (при формовании шаблоном), выработке подшипников вала шпинделя, заниженном числе оборотов шпинделя, накладке пласта на вращаю­щуюся форму, плохой подготовке массы, чрезмерно пе­ресушенных гипсовых формах.

Разнотолщинность формовок возникает при исполь­зовании изношенных форм, биении вала шпинделя и форм в формодержателе, неправильной калибровке форм.

Звездочки на дне изделий образуются при непра­вильном ходе полуавтомата и использовании массы с пониженной влажностью.

Концентрические круги на изделии возможны при выработке шаблона или ролика (формующей головки), а языки («лизуны») возникают при преждевременном подъеме шаблона.

Деформируются изделия при использовании загото- • вок из плохо подготовленной массы и малом их разме­ре; при чрезмерной растяжке заготовки при формова­нии, а также при отклонениях во влажности массы; де­формированных формах и преждевременной выбивке изделий из формы; кривых бомзах; повышенном содер­жании глинистых компонентов в массе, зыбкости мас­сы; слишком влажных формах " и прилипании изделий к формам; изношенных формах, неравномерном высуши­вании форм, засоренности гипса посторонними примеся­ми, приводящими к выкрошиваыию поверхности форм.

Заусеница края или ножки возникает при неправиль­ном срезе излишка массы или при использовании заго­товок малого размера и недостаточном увлажнении.

Раковины й бугры на поверхности изделий образу­ются при использовании изношенных форм с нечистой поверхностью или вследствие плохой очистки их перед формованием.

Провисание или выпуклость дна возможны при не­правильной установке шаблона или ролика, неправиль­ной конструкции изделия.

Борозды и царапины образуются при наличии в мас­се крупных частиц, пользовании грубой стеклянной или наждачной бумагой, неаккуратном обращении с реза­ком и др.

Вопросы для самопроверки

Охарактеризуйте особенности пластического формования изделий.

Основные параметры пластического формования: влажность мас­сы, частота вращения шпинделя и формующего ролика, темпера­тура и др.

Характеристика формовочного оборудования.

Основные требования к оправке изделий и приставке деталей.