CN115534059A - 一种具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及陶瓷制造技术领域，具体涉及一种具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具及其成型方法；模具包括内部结构件模具和外部主体模具，内部结构件模具用于制造内部结构模型工序件青坯，内部结构模型工序件青坯置于外部主体模具后加工为陶瓷产品青坯；本发明提供了一种有内部结构陶瓷产品青坯的石膏模具设计和成型方法，通过合理的拆分外部主体模具和内部结构模型，并分别设计石膏模具，从而得到具有内部结构的陶瓷泥坯模具，使复杂的内部结构能够在陶瓷产品中实现。

Description

一种具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具及其成型方法

技术领域

本发明涉及陶瓷制造技术领域，具体涉及一种具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具及其成型方法。

背景技术

注浆成型是一种工业产品生产造型的方法。也可用于泥浆等浆液材料的成型。注浆成型主要包括注浆成型模压法，在陶瓷注浆成型模具制作过程中，通常采用泥浆注入和模具扣压的方式获得泥坯，其中泥浆注入由于可以形成更加多样的泥坯而更受人欢迎，得到更多的使用。

但现有的泥浆注浆成型由于泥浆充盈于模具内部，因此难以得到具有空腔等内部结构的模具。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具及其成型方法，解决以下技术问题：

(1)如何通过泥浆注浆成型获得具有内部结构的陶瓷产品泥坯。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具，所述模具包括内部结构件模具和外部主体模具，所述内部结构件模具用于制造内部结构模型工序件青坯，所述内部结构模型工序件青坯置于外部主体模具内加工为陶瓷产品青坯。

作为本发明进一步的方案：所述内部结构件模具包括顶模和底模，所述顶模和底模对侧开设有用于容纳内部结构件的空腔，所述内部结构件模具设有分别与空腔两端连通的注、排浆管和排气管。

作为本发明进一步的方案：所述内部结构件为一弯曲的空心管，且所述内部结构件一侧设有工艺凸台。

作为本发明进一步的方案：所述底模近注、排浆管端设有密封凸台，所述底模近排气管端设有定位凸台，所述顶模设有与所述定位凸台对应的定位槽。

作为本发明进一步的方案：所述外部主体模具包括成型上模和成型下模，所述成型下模内开设有用于固定工艺凸台的定位凹槽，所述成型下模两端设置有注浆管和排浆管。

作为本发明进一步的方案：所述外部主体模具为石膏材质制成。

本发明进一步公开了一种具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具的成型方法,包括以下步骤：

步骤1：用内部结构件模具进行注浆成型，保压后得到内部结构模型工序件青坯；

步骤2，将步骤1中得到的内部结构模型工序件青坯固定在外部主体模具中，合并注浆成型，保压后得到陶瓷产品青坯；

步骤3，将步骤2中的陶瓷产品青坯放入工艺切除模具中进行工艺切除，得到陶瓷产品工序件泥坯；

步骤4，将步骤3中陶瓷产品工序件泥坯进行加固、干燥和表面处理，得到可进入窑炉烧制的陶瓷产品泥坯。

作为本发明进一步的方案：步骤3中工艺切除模具包括切除上模和切除下模，所述切除下模开设有与所述工艺凸台对应的工艺切除避空槽，所述切除上模和切除下模卡合后，工艺凸台由工艺切除避空槽中露出。

本发明的有益效果：

1、本发明提供了一种有内部结构陶瓷产品青坯的石膏模具设计和成型方法，通过合理的拆分外部主体模具和内部结构模型，并分别设计石膏模具，从而得到具有内部结构的陶瓷泥坯模具，使复杂的内部结构能够在陶瓷产品中实现。

2、本发明提供了一种有内部结构陶瓷产品青坯的石膏模具设计和成型方法，采用内部结构模型单独成型+内部结构模型和主体模型合并注浆成型的技术，合并注浆成型过程中，充分利用陶泥的在一定湿度的环境中泥坯和泥浆的可逆性，使内部结构模型工序件青坯和主体模型工序件青坯粘接成一体，过程简单，稳定。

3、本发明提供了一种有内部结构陶瓷产品青坯的石膏模具设计和成型方法，可以通过3D软件设计各工序件、模具、以及校形工装，同时辅以三维五轴数控机床的加工工艺，能够极大降低陶瓷产品的制作难度，提高生产效率，保证批量生产质量；

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明提供的一种有内部结构陶瓷产品青坯的石膏模具设计和成型方法的流程图；

图2为有内部结构的陶瓷产品的示意图；

图3为有内部结构陶瓷产品分块后外部主体示意图；

图4为有内部结构陶瓷产品分块后内部结构件示意图；

图5为有内部结构陶瓷产品分块后横切面示意图；

图6为内部结构件以及定位结构示意图

图7为外部主体件以及定位结构示意图；

图8为内部结构件模具结构示意图；

图9为外部主体模具结构示意图；

图10为工艺切除模具示意图；

图11为内部结构件在外部主体模具中固定后的示意图；

图12为外部主体工序件在工艺切除模具中固定的示意图；

附图标号说明：

1、工艺凸台；2、工艺定位台；3、定位凹槽；4、定位锥形槽；5、顶模；6、底模；7、定位凸台；8、定位槽；9、注、排浆管；10、排气管；11、工艺切除避空槽；12、切割槽；13、陶瓷产品泥坯；14、内部结构件；15、肋板；16、成型下模；17、成型上模；18、切除上模；19、切除下模。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-12所示，本发明为一种具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具及其成型方法，

实施例1

一种具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具，模具包括内部结构件模具和外部主体模具，内部结构件模具用于制造内部结构模型工序件青坯，内部结构模型工序件青坯置于外部主体模具后加工为陶瓷产品青坯。

具体的，本发明具有内部结构件模具和外部主体模具，其中内部结构件模具用于注入泥浆保压后得到内部结构件14，此时得到的内部结构件14称之为内部结构模型工序件青坯，为顺利完成内部结构件14的取出和下一步加工，需保证得到的青坯具有一定的强度，基于此目的，本发明采取：1.限定内部结构件14青坯壁厚H＝H1+M(图5)，H1为内部结构件模具壁厚度工序尺寸(10mm>H>8mm)，M为泥坯表层融成泥浆后再粘接的融合层厚度(1mm＜M＜2mm)；2.将青坯进行预干，预干环境为32℃～38℃、相对湿度30％～38％的条件下进行，使内部结构模型工序件青坯含水率从19％降到14％。

再将内部结构件14置于外部主体模具内，注入浆料，保压一定时间后，排出浆料，从而得到具有具有内部结构陶瓷坯体，其中保压时间满足注浆成型保压时间T1＝T+T*Z*Y，T为模具在保证泥坯厚度条件下初次注浆保压所需时间，Z为注浆次数(80次Z>90次)，Y为石膏模单次注浆的吸水损失对保压时间影响系数(Y＝0.65％)，其原理是外部主体模具采用较坯体吸水性更优异的材料，如石膏，在保压一定时间后由于外部主体模具吸水性更好，因此会更快地沿外部主体模具腔体内壁形成具有一定强度的坯体层，此时将剩余浆料排出，即可得到具有内部结构陶瓷坯体。

具体的，内部结构件模具包括顶模5和底模6，顶模5和底模6对侧开设有用于容纳内部结构件14的空腔，内部结构件模具设有分别与空腔两端连通的注、排浆管9和排气管10。

参见图8，本发明的内部结构件模具具有注、排浆管9和排气管10，其中注、排浆管设置于底模6的远离地面端即底模6最高位置，排气管10设置于底模6靠近地面端即底模6最低位置。

具体的，内部结构件14为一弯曲的空心管，且内部结构件14一侧设有工艺凸台1。

参见图6，本发明的内部结构件14主体结构为弯曲的圆弧，并在垂直于圆弧翘曲方向内侧上设有肋板15，并在肋板15远圆弧端设有一组工艺凸台1，该工艺凸台1用于在外部主体模具注浆成型时定位固定，防止内部结构件14在注浆成型时位置发生改变。

具体的，底模6近注、排浆管9端设有密封凸台，底模6近排气管10端设有定位凸台7，顶模5设有与定位凸台7对应的定位槽8。

参见图8，本发明中的密封凸台、定位凸台7和定位槽8用于底模6和顶模5卡合时可以更好地对正、密封，基于此目的亦可采用其他卡合、密封结构。

具体的，外部主体模具包括成型上模17和成型下模16，成型下模16内开设有用于固定工艺凸台1的定位凹槽3，成型下模16两端设置有注浆管和排浆管。

参见图9，本发明于成型下模16两端设有注浆管和排浆管，二者的设置位置是基于可以更好地注浆和排浆，基于此目的，也可将二者设置于成型下模16或成型上模17的其他位置。

具体的，外部主体模具为石膏材质制成。

参见图9，本发明为了实现浆液在外部主体模具内部快速形成具有一定强度的坯体，选用了石膏这一具有较疏松的吸水性较好的材质，基于此目的，亦可采用其他具有此类性质的材质制成外部主体模具。

具体的，本发明还公开了工艺切除模具，步骤3中工艺切除模具包括切除上模18和切除下模19，切除下模19开设有与工艺凸台1对应的工艺切除避空槽11，切除上模18和切除下模19卡合后，工艺凸台1由工艺切除避空槽11中露出。

参见图10，将注浆成型后得到的外部主体置于工艺切除模具后，将切除上模18和切除下模19卡合，并在卡合前调整外部主体位置和角度，使工艺凸台1与工艺切除避空槽11对正，卡合后工艺凸台1会穿过工艺切除避空槽11并暴露在外，此时可通过工艺切除避空槽11将工艺凸台1切除，而不会伤及外部主体其他部分，从而得到完整的坯体。

实施例2

具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具的成型方法,包括以下步骤：

步骤1：用内部结构件模具进行注浆成型，保压后得到内部结构模型工序件青坯；

步骤2，将步骤1中得到的内部结构模型工序件青坯固定在外部主体模具中，合并注浆成型，保压后得到陶瓷产品青坯；

步骤3，将步骤2中的陶瓷产品青坯放入工艺切除模具中进行工艺切除，得到陶瓷产品工序件泥坯；

步骤4，将步骤3中陶瓷产品工序件泥坯进行加固、干燥和表面处理，得到可进入窑炉烧制的陶瓷产品泥坯13。

在本发明中，步骤1中，根据陶瓷产品模型的外形和内部结构尺寸、形状，将陶瓷产品模型分成外部主体模具和多个内部结构模型的步骤中，内部结构模型非定位表面之间的间隙90mm>S1>6mm,两个定位面之间的间隙150mm>S2>20mm,保证注浆时给泥浆流动预留足够的空间，同时也防止内部结构件14之间形成黏结。`

内部结构模型非定位表面之间的间隙100mm>S1>6mm(图5)，是指内部结构模型装在主体模具中后，两个内部结构模型表面之间的空间距离，两个定位面之间的间隙120mm>S2>20mm(图5)，是指内部结构模型装在主体模具中后,内部结构模型与模具贴合的面之间的空间距离。

在本发明中，步骤2中，设计注浆成型工序件和注浆成型石膏模具时，先根据泥坯进窑烧制时摆放方式，把产品的水平方向尺寸和垂直方向尺寸区分开，并分别转化成水平工序尺寸和垂直工序尺寸，然后再依据工序尺寸设计工序件和注浆石膏模具，内部结构模型工序件厚度工序尺寸要给泥坯表层再融成泥浆留足够的空间(图5)，内部结构模型工序件需设计工艺定位结构，设计石膏模具需把主体模型工序件和内部结构模型工序件分开，工艺切除需设计模具来保特产品的稳定。

区分水平方向尺寸和垂直方向尺寸，是根据泥坯在重力的做用下，垂直方向的收缩率和水平方向的收缩率不同，为保证产品尺寸外形，以重力方向为参考，把产品所有尺寸区分为水平方向尺寸和垂直方向尺寸(即重力方向尺寸为垂直方向尺寸)。

水平方向工序尺寸Axy＝A/Nxy，A为水平方向的尺寸，Nxy为泥坯水平方向的收缩率(0.8＜Nxy＜0.89),垂直方向工序尺寸Bz＝B/Nz，B为垂直方向的尺寸，Nz为泥坯垂直方向的收缩率(0.9＜Nz＜0.92)；

本发明在设计定位结构时，内部结构模型工序件上设计工艺凸台1，在外部主体模具工序件两端设计两个工艺定位台2，在外部主体模具石膏模具上设计定位凹槽3与工艺凸台1配合用来定位内部结构模型工序件，在工艺切除模具上设计两个定位锥形槽4与工艺定位台2配合用来定位外部主体模具青坯。

如图8、图9所示，石膏模具包括顶模5和底模6,底模6型面设计定位的定位凸台7，顶模5型面设计与工艺台7配合的定位槽8，在底模6最高位置和最低位置放置注、排浆管9和排气管10，注、排浆管9和放气管与产品连接的位置，优选产品内空腔低位和高位，产品注浆形成后形成的注浆孔和放气孔残留泥浆通过简单切割即可，无需堵孔和整形。

如图10所示，工艺切除模具，在顶模5上做工艺切除避空槽11用来切除工艺凸台1，底模6上在陶瓷体两端做切割槽12用来下刀片切割两端工艺定位台2。

在本发明中，步骤3中，用内部结构件模具对内部结构模型进行注浆成型，保压7分钟后得到多个内部结构模型青坯，结构模型青坯壁厚H＝H1+M，H1为内部结构模型壁厚度工序尺寸(10mm>H>8mm)，M为泥坯表层融成泥浆后再粘接的融合层厚度(1mm＜M＜2mm)；

在本发明中，步骤4中，将步骤3中的多个内部结构模型青坯进行预干燥，和前期加固处理。干燥优选温度35℃、相对湿度40％、流速0的条件下进行，使内部结构模型青坯含水率从18％降到14％，使内部结构模型青坯具有一定的强度同时保持一定的湿度,对泥坯表面进行简单处理得到内部结构工序件13。

在本发明中，步骤5中，将步骤4中得到的内部结构模型工序件13固定在外部主体模具中(图11)，合并注浆成型，需将内部结构模型工序件全部的定位在外部主体模具预留的定位结构中后，再把主体模型工序件石膏模具合模注浆，合并注浆过程中，内部结构模型工序件表层会被泥浆中的水分再稀释成泥浆状态，在石膏模吸水的过程中自动把内部结构模型工序件和主体模型工序件粘接成一体，保压合适时间后得到陶瓷产品青坯。

注浆成型保压时间T1＝T+T*Z*Y，T为模具在保证泥坯厚度条件下初次注浆保压所需时间，Z为注浆次数(80次Z>90次)，Y为石膏模单次注浆的吸水损失对保压时间影响系数(Y＝0.65％)。

在本发明中，步骤6中，将步骤5中得到的陶瓷产品青坯放入工艺切除模具的定位结构中固定(图10、图12)，再将两端的工艺定位台2和工艺凸台1切除，得到完整的陶瓷产品青坯；

在本发明中，步骤7中，将步骤6中得到的陶瓷产品青坯进行干燥、整形和表面处理，干燥优选温度38℃、相对湿度32％、流速15m/s的条件下进行，待产品彻底干燥后再对泥坯表面的泥孔和裂纹进行修补，得到合格的陶瓷产品青坯。

本发明的工作原理：本发明中的一种有内部结构陶瓷产品青坯的石膏模具设计和成型方法，采用内部结构模型单独成型，然后再和外部主体模具结构件合并注浆成型，先内后外，从而实现一种有内部结构陶瓷产品青坯的成型，给有内部结构陶瓷产品青坯的成型提供一种解决方法。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具，其特征在于，所述模具包括内部结构件模具和外部主体模具，所述内部结构件模具用于制造内部结构模型工序件青坯，所述内部结构模型工序件青坯置于外部主体模具内加工为陶瓷产品青坯。

2.根据权利要求1所述的具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具及其成型方法,其特征在于，所述内部结构件模具包括顶模(5)和底模(6)，所述顶模(5)和底模(6)对侧开设有用于容纳内部结构件(14)的空腔，所述内部结构件模具设有分别与空腔两端连通的注、排浆管(9)和排气管(10)。

3.根据权利要求2所述的具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具及其成型方法,其特征在于，所述内部结构件(14)为一弯曲的空心管，且所述内部结构件(14)一侧设有工艺凸台(1)。

4.根据权利要求3所述的一种具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具及其成型方法,其特征在于，所述底模(6)近注、排浆管(9)端设有密封凸台，所述底模(6)近排气管(10)端设有定位凸台(7)，所述顶模(5)设有与所述定位凸台(7)对应的定位槽(8)。

5.根据权利要求4所述的一种具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具及其成型方法,其特征在于，所述外部主体模具包括成型上模(17)和成型下模(16)，所述成型下模(16)内开设有用于固定工艺凸台(1)的定位凹槽(3)，所述成型下模(16)两端设置有注浆管和排浆管。

6.根据权利要求5所述的一种具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具及其成型方法,其特征在于，所述外部主体模具为石膏材质制成。

7.根据权利要求1-6任一所述的具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具的成型方法,其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：用内部结构件模具进行注浆成型，保压后得到内部结构模型工序件青坯；

步骤2，将步骤1中得到的内部结构模型工序件青坯固定在外部主体模具中，合并注浆成型，保压后得到陶瓷产品青坯；

步骤3，将步骤2中的陶瓷产品青坯放入工艺切除模具中进行工艺切除，得到陶瓷产品工序件泥坯；

步骤4，将步骤3中陶瓷产品工序件泥坯进行加固、干燥和表面处理，得到可进入窑炉烧制的陶瓷产品泥坯(13)。

8.根据权利要求7所述的具有内部结构陶瓷坯体的石膏模具的成型方法，其特征在于，步骤3中工艺切除模具包括切除上模(18)和切除下模(19)，所述切除下模(19)开设有与所述工艺凸台(1)对应的工艺切除避空槽(11)，所述切除上模(18)和切除下模(19)卡合后，工艺凸台(1)由工艺切除避空槽(11)中露出。

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