卫生陶瓷高压注浆成形缺陷分析及改进对策*

殷世信

(江门市东鹏智能家居有限公司 广东 鹤山 529700)

自1914年唐山启新瓷厂生产第一件现代卫生陶瓷以来,制造工艺经历了从地摊手工注浆、低压注浆、中压、高压注浆成形四个主要阶段。其中,地摊手工注浆成形的工艺劳动强度大,效率低、产品的质量一致性最差。

20世纪八九十年代开始的模具立式线上低压、中压注浆成形工艺得到广泛地应用,这种工艺一定程度减少模具的人工搬动、翻转等,工人劳动强度大幅降低,生产效率明显提升,产品质量得到较好保证及提升。截至目前,很多卫生陶瓷企业和复杂产品仍然在采用此工艺。1982年,德国道尔斯特公司和瑞士的某公司合作,首次研制成功微孔高压树脂的卫生陶瓷模具,并在实际生产中应用。

21世纪初,国内机械设备厂家陆续开发出国产的高压注浆成形设备,在佛山、唐山等主要卫生陶瓷产区得到广泛推广和应用。高压注浆成形工艺生产效率较其它工艺大幅提升,产品外观质量如规整性方面也有明显提升。众所周知,成形工序是卫生陶瓷生产环节中非常关键及重要的环节,其在整个生产过程中缺陷占比在60%～70%,因此,如果高压注浆成形工艺过程控制不当,将不同程度的影响青坯质量,进而影响成品的质量,如何系统地对高压成形的生产过程工艺关键点进行管控,提高质量降低成本,帮助企业提升的竞争力,也是各企业高压注浆工艺控制过程需要解决的问题。

1 卫生陶瓷高压注浆成形常见缺陷类别

(1)坯裂:通常是指产品坯体上出现的裂纹,其长、宽、深尺寸不等,主要发生在产品的未施釉位置,如产品隐蔽区域、烧成时与窑具接触的区域等。

(2)裂纹:烧成后,产品出现坯、釉裂开,呈现条纹状,裂纹从釉面裂穿到坯体里面,裂纹长度、深浅不一,裂纹宽度通常在零点几毫米到1毫米左右,主要发生在产品的施釉区域。

(3)棕眼:是穿透产品釉面的小孔眼,缺陷的主要特征是呈现喇叭状,位置主要发现在产品的施釉位置,如洗净面、可见面等。

(4)变形:是指青坯烧成后呈现不符合设计或者标准规范规定的形状;主要是产品整体或者局部出现明显歪斜扭曲、弯曲、安装摇摆等,缺陷位置主要出现在产品的整体、安装面、表面及边缘等。

(5)坯粉或坯脏:是青坯烧成后粘附在产品表面的泥屑,其缺陷是粉状小颗粒等,主要集中在产品表面、隐蔽面,以产品洗净面、存水弯、孔下部等位置居多。

(6)坑包或凹凸:产品正面出现凹陷或者凸起的小包,缺陷的位置主要在产品的釉面、模缝位置等。

(7)磕碰:青坯产品因为生产过程中的撞击,导致产品烧成后出现局部缺损等。缺陷表现为撞击开裂或者残缺,位置多集中在青坯边缘、坯托支撑位置等。

(8)分层:青坯内部出现层状裂纹或者分离,一般出现在内部的中间位置。

(9)孔眼偏差:产品孔眼尺寸、位置不符合,开孔角度不符合相关标准规范的要求,主要表现在孔眼。

(10)干补不良:成品表面因青坯修补出现的表面不平整、色差、裂纹等缺陷,主要集中在产品干补位置及四周等。

2 卫生陶瓷高压注浆成形常见缺陷成因

根据对高压注浆烧成常见缺陷占比分析,坯裂、裂纹、棕眼、变形、坯脏、坑包、磕碰、分层等缺陷合计占比超过90%,笔者重点分析上述缺陷成因及改善方法。

2.1 坯裂、裂纹成因分析

坯裂、裂纹成因有:①浆料性能变化,泥浆中塑性成分减少,或者游离石英过多形成应力集中。②浆料过筛出现浆料溢出或者筛网破损,使得石英、石灰石类原料等颗粒混入浆料中。③泥浆的陈腐时间不足,浆料性能未得到充分的均化。④浆料中水玻璃用量过多或者解胶性能太好,泥坯干燥硬化速度变快,坯体容易出现开裂。⑤成形排浆时间或气压控制不当,放浆时间过短、排浆气压小,造成坯体空腔存浆过多;排浆时间过长、排浆气压大则会造成压缩空气在坯体的空腔流动时间过长。此两种情况均会导致泥坯出现内裂,严重时裂纹延伸至表面等。⑥成形巩固气压及巩固时间不当,使产品的单面浆交接位置出现开裂或者裂纹。⑦泥坯粘接用的配件,与主体湿坯的水分差异,粘接浆参数性能不适宜,操作工粘接部饱满操作手法不当。⑧脱模后,操作工对泥坯表面、角位裂纹未认真检查、或者对检查出的裂纹处理不当。⑨泥坯出坯后干燥速度不当,泥坯干燥过快等。

2.2 棕眼成因分析

棕眼成因有:①浆料原料中有机杂质含量过高,如黑泥等原矿原料。②泥浆的搅拌不均匀、抽真空时间短、脱气不够充分。③注浆前,浆料温度过高,导致吸浆速度增加。④注浆时,上浆压力参数控制不当,注浆速度过快,在坯体表面形成气泡,返修时,操作工未发现或处理不当。

2.3 变形成因分析

变形成因有:①浆料配方不合理,泥浆中可塑性原料用量相对较多,硅铝与熔剂性原料比例不当或者配方原料中,熔剂性原料如钠长石成分增加,导致烧成高温阶段,长石玻璃相随着温度升高导致液相粘度急剧下降,进而导致产品出现高温变形。②泥坯吸浆时间控制不当,坯体太薄,湿坯强度下降。③成形巩固压力和时间控制不当,巩固压力偏小或者巩固时间不够,导致坯体太软。④青坯出坯后预变形控制不当,预变形太大或者太小。⑤青坯开孔时,坯体太软,导致开孔位置或者区域出现变形。

2.4 坯脏、坯粉的成因分析

坯脏、坯粉的成因有:①高压泥浆罐未定期进行检查及清理,泥浆中杂质多,成形过程中混入浆料进入泥坯中,湿坯不易检查出来,烧成后导致外观缺陷。②高压模具孔眼硬泥未清理干净,合模具后跌落到模具中,成形时,进入泥坯表层等。③泥坯开孔时,孔边缘泥粒、毛边未处理平滑等,喷釉或者烧成时,泥粒杂质跌落坯体表面或者釉面,形成外观缺陷。④青坯在与运输工具接触粘附泥渣施釉表面。

2.5 坑包成因分析

模具磨损,内侧边缘位置磨损,泥坯合缝位置突出一条线,泥坯打磨处理不当。

2.6 磕碰成因分析

泥坯搬运操作不当,泥坯与泥坯之间,或与运输工具之间出现碰撞,部分磕碰在工序被拦截,部分磕碰不明显不易被发现,而流入到烧成工序。

2.7 分层成因分析

浆料性能变化使吸浆速度变慢,高压注浆时间未调整,导致泥坯中间层不够致密,烧成后有分层现象。

2.8 尺寸不良成因分析

尺寸不良成因有:①浆料的收缩率、装车的密度或者烧成曲线发生变化。②孔眼开孔印记模糊不清,开孔偏位。③开孔操作的不规范,开孔角度不符,开孔治具磨损。

3 卫生陶瓷高压成形常见缺陷改善对策

3.1 坯裂、裂纹改进对策

对于坯裂、裂纹改进对策有:①在浆料性能方面,适当增加黑泥等塑性原料用量比例,同时对浆料中的石英进行分析。②使用质量过硬的不锈钢筛网,做好浆料筛网使用前、使用中、使用后的检查,确保完好的筛网投人使用,筛选不溢出,筛网破损及时更换,必要时对泥浆重新过筛。③做好泥浆的生产加工计划及实施,确保泥浆的陈腐时间等满足高压成形要求。④根据高压泥浆的吸浆速度和泥坯裂纹情况,适当调整放浆时长,存浆料多则延长,泥坯内裂多则相应缩短。⑤适当降低巩固气压,缩短巩固时间。⑥泥坯粘接用的配件采用薄膜、毛巾覆盖等方式,缩小与泥坯主体水分差异,对粘接浆料参数进行严格控制,同时注浆工注意对粘接位置打粗糙、抹水等。⑦脱模后,操作工对泥坯表面、角位裂纹采用行灯、铁线等工具进行认真检查,并对检查出来的裂纹,抹泥浆水、压好等。⑧调整车间内干湿度40%～80%,泥坯出模后,现场风扇转速不要太大、关好门窗,泥坯缓干时,将坯体进行覆盖或区域封闭,泥坯干燥房干燥曲线控制等。

3.2 棕眼缺陷的改进对策

对于棕眼缺陷的改进对策有:①原矿原料入厂时,检验人员目视检查树枝、树屑等肉眼可见有机杂质,同时,原料化验注意对烧失量进行检验,技术部门制定合理烧失量的技术要求,不符合质量要求原料退货或者特采精选处理等。②原料车间操作人员检查浆料抽真空设备运行是否正常,浆料温度显示是否在要求的范围内。③注浆工根据品质部门提供浆料参数检验结果,控制注浆压力,浆料参数出现变化的情况。

3.3 变形缺陷的改进对策

变形缺陷的改进对策有:①对浆料配方成分进行分析,根据分析结果及产品变形情况,调整浆料塑性及熔剂性原料比例。②根据高压泥浆吸浆速度的测试情况及生产出坯厚度状况,调整高压注浆吸浆时间,并增加坯体吸浆厚度。③根据出坯软硬情况,评估坯体调整坯体的巩固气压及巩固时间,以达到要求的坯体硬度。④青坯出坯后预变形,调整人工及治具等预变形操作,使之符合要求。⑤青坯开孔前,手感或者采用硬度计测量坯体硬度,坯体够硬后进行开孔等。

3.4 坯脏、坯粉缺陷的改进对策

坯脏、坯粉缺陷的改进对策有:①制定相应的管理制度,对高压浆缸定期检查及杂质清理。②高压模具上浆前,采用工具将上浆管理口边缘的干泥清理干净,避免上浆时落入泥浆中去。③改进开孔工具及开孔手法,采用锋利斜面空心开孔器旋转开孔,将开孔余泥通过开孔器取出。④青坯喷釉前,对表面和水道等位置进行吹尘,清理空腔位置残存的泥渣等。⑤青坯上釉前,检查施釉面是否粘附有泥渣等,对有杂质粘附及时进行处理。

3.5 坑包缺陷的改进对策

对生产用模具定期检查,发现磨损影响到产品烧成质量的,及时予以处理。

3.6 磕碰缺陷的改进对策

磕碰缺陷的改进对策有:①青坯轻拿轻放。②施釉前,对青坯的施釉表面进行检查,发现凹痕、裂纹、残缺等,进行隔离处理。

3.7 分层缺陷的改进对策

分层缺陷的改进对策有:①评估调整浆料中电解质用量。②评估合格率,适当增加浆料中石英等瘠性原料的配比,提升坯体成形速度。③适当增加高注时间,减少双面成形位置的坯体的致密度等。

3.8 尺寸不良的改进对策

尺寸不良的改进对策有:①高压浆料配方进行调整。②窑炉装车密度、产品稀释率、釉面光泽度和烧成制度进行分析,产品稀释率、尺寸变小时,考虑增加装车密度、降低烧成温度3～8℃。③定期检查模具孔位标识是否清晰、开孔用治具磨损等,进行修正或者更换。④教育培训成形工,掌握开孔技巧。笔者就卫生陶瓷产品在生产过程中的注浆成形环节中的技术问题做出了相关的概述,分析总结了在生产现场可能引起注浆成形缺陷的种种原因,并提出了切实可行的解决方法,希望相关从业人员在遇到类似问题时可以快速有效地解决,提高卫生陶瓷产品半成品的质量,进而提升最终产品的质量。