真空砖机挤出成型模具对烧结多孔砖质量的影响

        二千多年来秦砖汉瓦的优良品质形成了国人对烧结墙材产品根深蒂固的信赖，因此国家对墙材革新强制性要求以来，烧结多孔页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖就成为了新墙材的主体，也将会是相当长时期的发展方向。国家新标准《烧结多孔砖》GB13544-2011于2012年4月1日起实施。新标准对尺寸偏差、强度等级、孔型、孔结构及孔洞率等指标做了较大修订，其中提高了孔洞率的技术指标，孔洞率由过去标准的25%提高到28%，取消了圆形孔和其他孔形，规定采用矩形孔或矩形条孔，并增加了空洞尺寸要求，新规定改善和提高了节能效果，但也增加了生产难度，对生产工艺、装备和模具提出了更高的要求。为贯彻实施者一强制性新国标，高效生产符合新标准的产品，巩义市城区正泰机械厂技术部根据目前烧结多孔砖的质量现状，仅从真空砖机的挤出成型这一角度，谈谈挤出成型模具对烧结多孔砖质量的影响。
1. 模具导致砖坯开裂变形的原因
        目前国内烧结多孔砖基本上都是以页岩、煤矸石和粉煤灰等为主要原料。成型工艺采取螺旋式硬塑或半硬塑挤出成型（即真空砖机），挤出压力一般≤4MPa，由于页岩、煤矸石和粉煤灰多是脊性料，塑性和流动性差，挤出的砖坯经干燥和烧结后常常会出现变形和开裂现象，特别是在孔洞周围裂纹更为严重。究其原因，有配料、泥料塑性差、挤出机质量、干燥和烧成工艺等方面原因，但由挤出成型模具带来的问题却不可小视。
        烧结多孔砖的模具由模芯固定支架、模芯、模套等三部分组成。砖坯挤出成型原理是：泥料被挤泥螺旋铰刀推挤到机头，在这里泥料汇聚形成一个接近密实均匀等压区。等压区的泥料在后面泥料推挤下继续前行，进入安装于机头方向的成型模具。在模具入口处，泥料先是被模芯固定架分割成许多股泥料，再进入成型模腔（模道）。收到模具摩擦阻力影响，这些泥料在模腔内既做前行又做横向流动，很快充满模腔内的一切空隙，初步愈合形成多孔砖大面（有孔面）形状，病在模腔内继续前行过程中相互挤压密实均匀和定型，知道挤出模具，成型为多孔砖坯条，再经过切割成为砖坯。成型过程中，收到模具结构、刚度和加工精度等诸多因素的影响，泥料在模具内前行和横向流动阻力会各点不一致，速度不一致，导致挤出砖坯条断面的密实度不均匀，特别是在矩形孔洞的四个角处因形状突变，会造成砖坯在干燥和烧结过程中因形成应力集中而变形干裂。
2.模具设计应注意的问题
        烧结多孔砖所用的真空砖机挤出成型模具由模芯固定支架、模芯、模套等部分组成，根据烧结多孔砖新标准对孔形，孔洞率的要求，我单位就模具设计应注意的问题谈谈见解，希望能够对解决因模具问题二引起的多孔砖变形开裂问题起到抛砖引玉作用。
2.1 模芯固定架
        模芯固定架的作用是将所有模芯杆的前端按砖型孔洞排列要求固定在支架上，支架固定在模套前端上，模芯另一端呈悬臂状插入在模套中，模芯之间、模芯与模套之间的空间形成泥料通道（模道），从机口过来的压力泥料穿越支架空隙，被分成许多股泥流进入模具成型腔，为了使进入模具成型腔的泥料压力损失小、流速均匀一致，模芯支架应设计成对称布置和尽量大的过泥面积，并且在保证强度和刚度、芯杆稳定不变形的基础上，以增大过泥面积和减小过泥阻力，使泥料在模具成型腔的前部就能够尽快压缩，愈合成型。模芯固定架设计的合理，既能有效提高砖坯的均匀性、密实度，又可以适当缩短模具长度，降低挤出能耗。
2.2 模芯
        模芯的断面形状就是砖坯孔洞形状，新国标要求烧结多孔砖孔洞率≥28%，取消了圆形孔和其他孔型，规定采用矩形孔或矩形条孔，还规定了孔的尺寸范围。这样虽然能够改善和提高节能效果，但由于矩形孔的四角是干燥和烧结时的应力集中处，是最容易开裂的部位，一块小规格多孔砖矩形孔的孔角数量一般都在100个以上，这些孔角都是形成开裂的隐患。新标准规定孔角要有过渡圆角，却没有规定最大圆角半径，许多企业为了节约模具加工成本，没有真正做到将模芯四条棱角加工成圆角，只是随便倒倒角了事，应力集中问题没有解决，开裂依然严重。从提高砖坯强度，减少孔角开裂角度考虑，圆角半径越大越好，但过大会影响到孔洞率和保温效果，因此设计合适的孔洞过渡圆角半径尤为重要。笔者认为圆角半径r与孔洞宽度b之比≥1/6为好，模芯在模套内的长度以距离模口（出坯口）5mm左右较为合适。
2.3 模腔形状和纵向长度（成型长度）
        模腔形状和纵向长度（成型长度）设计要满足砖坯的成型要求。它与泥料的塑性、模芯支架布置和过泥面积、砖坯的孔形、孔密度、砖坯的外壁厚和肋后有关。成型长度过长，出坯阻力增大，真空砖机挤出力不够，出坯率降低，制砖机功耗加大，同时还会出现泥料在螺旋铰刀出返泥发热现象，带来砖坯开裂问题，对设备、模具和产品都不利；过短，出坯阻力小，泥料在模具内没有足够的挤压力，愈合成型不好，坯体断面密实度不够，均匀性差，特别是孔角处更易形成密实度不均匀现象，带来干燥和烧成开裂变形问题。笔者认为成型长度与砖坯最大外壁（或肋厚）之比应大于8为好。应该指出的是，有许多的真空砖机挤出模具模腔形状设计成完全倒喇叭收缩出口，没有设计一段等径挤出模腔，泥料成型缺少定型阶段，这也会带来砖坯的成型缺陷。
3.结语
        成型是烧结多孔砖生产工艺中十分关键的一个环节，模具的优劣对砖坯质量起到至关重要的影响。近年来我国烧结多孔砖成型模具技术发展较快，从模具材料道结构设计，从机械加工到耐磨处理，技术水平都有很大提高。模具材料有最初的普通碳素钢到合金模具钢，加工油传统的车、刨、割焊到今天高精度的三维数控加工，耐磨处理也有当初的单一淬火发展到陶瓷衬套、表面喷漆和化学热处理等。模具结构设计要考虑泥料的特性和泥料在模具中经过泥条压缩愈合，均匀密实和定型的挤出成型过程。为保证模具出坯速度均匀一致，要有调节挤出成型阻力机构，如机内的芯杆架、芯杆机械调节和机头机口内壁液体润滑调节对塑性差和泥料颗粒粒径偏大的泥料，在符合新国标要求基础上，建议成型模具孔洞数量设计要尽量少，孔洞尺寸尽量大，这样孔洞角的总数量少，四角的过渡圆角半径取值可大些，外壁和内肋厚度也能适当加大。模具的成型长度设计要适当，要有一段等径挤出模腔。总之，对同样的原料，使用设计合理，加工精细，强度高和耐磨性好的模具可以有效防止砖坯缺陷，提高产品质量和生产效率，降低真空挤出机的能耗和磨损。