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旋坯成型
旋坯成型是利用旋轉(zhuǎn)模具與刮削工具的相對(duì)運(yùn)動(dòng),對(duì)可塑狀態(tài)的電瓷坯體進(jìn)行塑形的工藝,主打中薄壁、回轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)類(lèi)產(chǎn)品,適合批量生產(chǎn)且成本可控。
一、工藝原理與核心流程
旋坯成型的核心是“可塑坯體+旋轉(zhuǎn)模具+刮削塑形”,依賴坯體的可塑性和模具的導(dǎo)向作用,流程簡(jiǎn)潔且易規(guī)模化:
1. 坯體準(zhǔn)備:將原料制成可塑泥料,揉搓排氣后制成泥餅或泥柱(含水率18%-22%)。
2. 裝模定位:把泥料放入旋轉(zhuǎn)的石膏模或樹(shù)脂模內(nèi),用壓頭初步壓實(shí),確保泥料與模壁貼合,模具轉(zhuǎn)速控制在300-600r/min。
3. 旋削成型:手工或機(jī)械驅(qū)動(dòng)刮坯刀,沿模具內(nèi)壁或預(yù)設(shè)軌跡移動(dòng),刮除多余泥料,形成產(chǎn)品的內(nèi)外輪廓(如筒形、傘形)。
4. 取坯修整:成型后待坯體略有強(qiáng)度(含水率降至15%-17%),脫模取出,修整口沿、去除毛刺,再進(jìn)入干燥工序。
二、工藝分類(lèi)與核心特點(diǎn)
根據(jù)操作方式和自動(dòng)化程度,旋坯成型主要分為3類(lèi),適配不同生產(chǎn)需求:
類(lèi)型 | 手工旋坯 | 半自動(dòng)旋坯 | 數(shù)控旋坯 |
|---|---|---|---|
操作方式 | 人工手持刮刀,憑經(jīng)驗(yàn)控制形狀 | 機(jī)械驅(qū)動(dòng)刮刀,人工輔助定位 | 數(shù)控系統(tǒng)編程,自動(dòng)完成刮削 |
精度水平 | 尺寸誤差 ±0.5mm,表面粗糙度 Ra≤3.2μm | 誤差 ±0.3mm,Ra≤2.5μm | 誤差 ±0.15mm,Ra≤1.6μm |
生產(chǎn)效率 | 低(單件耗時(shí) 3-5 分鐘) | 中(單件 1-2 分鐘) | 高(單件 30-60 秒) |
適用場(chǎng)景 | 小型作坊、定制化產(chǎn)品、樣品試制 | 中小型企業(yè)、批量常規(guī)產(chǎn)品 | 大中型企業(yè)、高精度批量生產(chǎn) |
核心優(yōu)勢(shì) | 靈活調(diào)整、無(wú)需復(fù)雜設(shè)備 | 效率與成本平衡、易維護(hù) | 精度穩(wěn)定、一致性強(qiáng)、省人工 |
三、關(guān)鍵設(shè)備與工具選型
旋坯成型的設(shè)備和工具直接影響產(chǎn)品質(zhì)量,核心配置聚焦“模具+旋坯機(jī)+刮刀”:
1. 模具
主流為石膏模(透氣性好,利于坯體脫水定型),使用壽命約50-100次; 批量生產(chǎn)可選樹(shù)脂模(耐磨,壽命達(dá)500-1000次),適合數(shù)控旋坯。
模具核心設(shè)計(jì)參數(shù)
材質(zhì)選擇:石膏模采用 α- 半水石膏,抗壓強(qiáng)度≥15MPa,吸水率≥30%;樹(shù)脂模選用環(huán)氧樹(shù)脂 + 玻璃纖維,硬度≥邵氏 D85。
脫模斜度:內(nèi)壁脫模斜度 1°-3°,確保順利脫模,避免坯體邊緣崩損。
壁厚設(shè)計(jì):模具壁厚為產(chǎn)品壁厚的 3-5 倍,石膏模壁厚≥20mm,樹(shù)脂模≥15mm,保證旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。
排氣孔:在模具底部和側(cè)面設(shè)置 φ1-2mm 排氣孔,間距 50-80mm,排出泥料與模壁間的空氣。
模具維護(hù)要點(diǎn)
石膏模使用后,用清水沖洗干凈,自然晾干(避免暴曬),表面涂抹石膏模保護(hù)劑(硅烷類(lèi)),延長(zhǎng)使用壽命。
樹(shù)脂模每次使用后,用酒精擦拭內(nèi)壁,去除殘留泥料,避免劃傷模面;出現(xiàn)磨損時(shí),用環(huán)氧樹(shù)脂膩?zhàn)有扪a(bǔ),打磨至 Ra≤0.8μm。
模具存放需垂直放置,避免擠壓變形,存放環(huán)境濕度 50%-60%,溫度 15-30℃。
2. 旋坯機(jī)
普通旋坯機(jī):手動(dòng)調(diào)速,適合手工或半自動(dòng)操作,價(jià)格低廉;
數(shù)控旋坯機(jī):配備伺服電機(jī)和滾珠絲杠,定位精度達(dá)0.01mm,支持復(fù)雜曲面編程(如多傘裙絕緣子)。
數(shù)控旋坯設(shè)備詳細(xì)參數(shù)(以 XCP-800 型數(shù)控旋坯機(jī)為例),核心參數(shù)如下:
主軸轉(zhuǎn)速:100-800r/min(無(wú)級(jí)調(diào)速,精度 ±5r/min)。
刀架行程:X 軸 ±400mm,Z 軸 800mm,定位精度 ±0.01mm,重復(fù)定位精度 ±0.005mm。
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):伺服電機(jī)功率 X 軸 1.5kW,Z 軸 2.2kW,滾珠絲杠導(dǎo)程 10mm。
控制系統(tǒng):支持 G 代碼編程,可存儲(chǔ) 1000 + 套工藝參數(shù),配備觸摸屏操作界面。
適用產(chǎn)品:最大直徑 800mm,最大高度 1200mm,壁厚 3-15mm 的電瓷坯體。
3. 刮坯刀
材料選用硬質(zhì)合金或高速鋼,刀刃形狀根據(jù)產(chǎn)品輪廓設(shè)計(jì)(如弧形刀用于筒壁,直角刀用于端面);
數(shù)控旋坯常用成型刀頭,一次完成多部位刮削,提升效率。
四、材料要求與工藝參數(shù)優(yōu)化
1. 泥料要求
可塑性指數(shù)需≥12(確保刮削時(shí)不崩裂、不粘刀);
顆粒度均勻(200目篩余≤3%),避免粗顆粒導(dǎo)致表面缺陷。
2. 關(guān)鍵參數(shù)
模具轉(zhuǎn)速:薄壁產(chǎn)品(壁厚≤5mm)取400-600r/min,厚壁產(chǎn)品(5-10mm)取300-400r/min;
刮削速度:手工旋坯1-2mm/s,數(shù)控旋坯2-3mm/s,過(guò)快易導(dǎo)致坯體變形;
水分控制:泥料初始含水率18%-22%,脫模時(shí)降至15%-17%,避免開(kāi)裂或塌陷。
3. 裝模與壓實(shí)細(xì)節(jié)
泥料重量誤差≤±2%,避免后續(xù)刮削量過(guò)大或不足。
手動(dòng)裝模需分層壓實(shí),每層壓實(shí)壓力 0.3-0.5MPa,防止內(nèi)部空鼓;機(jī)械裝模采用液壓壓頭,壓力均勻性誤差≤±5%。
模具內(nèi)壁需涂抹薄層高嶺土脫模劑(濃度 5%-8%),避免粘模。
4. 旋削與脫模控制
數(shù)控旋坯采用 “粗刮 - 精刮” 兩步法:粗刮去除 70%-80% 多余泥料,進(jìn)給速度 2-3mm/s;精刮進(jìn)給速度 0.8-1.2mm/s,保證表面精度。
脫模時(shí)機(jī):用硬度計(jì)測(cè)量坯體表面硬度,過(guò)早易變形,過(guò)晚易開(kāi)裂。
5. 檢測(cè)工具與頻次
在線檢測(cè):每生產(chǎn) 10 件用數(shù)顯游標(biāo)卡尺(精度 0.01mm)檢測(cè)關(guān)鍵尺寸,用圓度儀(精度 0.001mm)檢測(cè)圓度。
離線檢測(cè):每批次抽取 5% 產(chǎn)品,用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x(精度 0.003mm)進(jìn)行全尺寸檢測(cè),用超聲波探傷儀檢測(cè)內(nèi)部缺陷。
標(biāo)準(zhǔn)依據(jù):GB/T 772-2022 中 6.2 條規(guī)定,電瓷坯體表面缺陷深度≤0.3mm,長(zhǎng)度≤5mm,每 100cm2 缺陷數(shù)量≤3 個(gè)。
五、質(zhì)量控制與缺陷防治
1. 核心精度指標(biāo):
尺寸誤差≤±0.3mm(常規(guī)產(chǎn)品)、≤±0.15mm(高精度產(chǎn)品);
圓度誤差≤0.2mm,壁厚均勻性誤差≤±0.3mm;
表面無(wú)明顯刀痕、裂紋、氣泡,符合GB/T 772-2022外觀要求。
2. 常見(jiàn)缺陷與解決辦法:
壁厚不均:調(diào)整模具同軸度,優(yōu)化刮刀運(yùn)動(dòng)軌跡;
表面波紋:降低刮削速度,更換鋒利刀頭,調(diào)整模具轉(zhuǎn)速;
坯體開(kāi)裂:控制泥料含水率,避免刮削時(shí)壓力過(guò)大,脫模后緩慢干燥。
六、應(yīng)用場(chǎng)景與發(fā)展趨勢(shì)
1. 典型應(yīng)用產(chǎn)品:
中薄壁電瓷件:如小型懸式絕緣子;
回轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)產(chǎn)品:如環(huán)形電瓷基座。
2. 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì):
智能化:數(shù)控旋坯機(jī)搭配機(jī)器視覺(jué)檢測(cè),實(shí)現(xiàn)成型-質(zhì)檢一體化;
綠色化:推廣可重復(fù)利用的樹(shù)脂模、環(huán)保脫模劑,減少石膏模廢棄物;
復(fù)合化:與注漿成型結(jié)合,先注漿成型粗坯,再旋坯精整,兼顧效率與精度。
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