Статьи‎ > ‎

- О формной оснастке

- на главную

Формная оснастка.

Автор – А. Грябой

Вот, что пишут известные научные работники и опытные специалисты - практики разных фирм из Санкт-Петербурга и Москвы о формной оснастке и материалах для ее изготовления:

Литьевые формы (формная оснастка) – это ядро технологического процесса и самый важный элемент в структуре цеха по производству искусственного камня, потому что:

  •  Это – самая дорогостоящая часть оснастки и оборудования цеха. Например, если вы затратили на организацию цеха по изготовлению искусственного камня 350 тысяч $, то не менее 220 тысяч – это стоимость приобретенных форм, а остальное – оборудование, оснастка, монтаж, обучение персонала и т.д.
  •  Только высокий уровень качества форм обеспечивает превращение бетона в изделие со среднерыночной стоимостью 30 $/кв.м.


Судите сами:

  1.  изделия из декоративного бетона ценятся за высокую степень имитации природных поверхностей. А это возможно только при условии применения формных материалов, идеально копирующих рельеф натурального камня, древесины, лепнины и т.д.;
  2. натуральность окраски «изделия», в значительной степени, зависит от способности формы удерживать на своей внутренней поверхности пигментные составы с эффектами «размазывания», «размывки», «контраста», «смешения», «набрызга» и т.п.;
  3. изделие должно иметь четкую геометрию не только для воплощения задуманного, но и для удобства монтажа. А это невозможно, если ваши формы подвержены нагрузочным или усадочным деформациям. 

Долговечность форм, напрямую, влияет на себестоимость готовой продукции. Амортизация форм может «съедать» до 35% себестоимости «изделия» (например, формные матрицы из формопласта). Следовательно, эксплутационные качества форм не только определяют эффективность Вашего бизнеса, но, также, влияют на его рентабельность.


Слишком жесткие формы, например из
полистирола , увеличивают процент брака, т.к. растет сложность и трудоемкость распалубки залитых в них изделий. Такие формы плохо передают сложную фактуру поверхности камня или дерева, делают поверхность глянцевой. А то, что их поверхность способствует «эффекту скатывания» нанесенных слоев разведенных красителей, вообще убивает создание правильной окрасочной колористики изделий.

А, например, некоторые формные материалы слишком крепко удерживают пузырьки воздуха на своей поверхности. Это ведет к появлению большому количеству пор, раковин на декоративной стороне «изделия» (т.е. – к браку). Устранение этого эффекта требует значительных усилий (изменение настроек и времени вибрации, применению специальной химии и т.д.).

Наглядной иллюстрацией этих примеров являются относительно дешевые формы из ПВХ.

 

Их недостатки:

  • Собственная тяжесть (учитывая вес формы с бетоном, следует ограничивать ее размеры для серийного литья),
  • Внутренняя физико-химическая структура материала формы (в сочетании с ее весом делают ее непригодной для процессов вибролитья бетонных смесей: они расслаиваются, давая некачественную продукцию),
  • Рабочая поверхность форм (она работает без предварительного нанесения разделительного слоя перед заливкой бетона 2-4 раза, в дальнейшем требуется нанесение такого слоя, но материал не позволяет это сделать, т.к. не может держать этот слой на поверхности). Кроме этого, такие же свойства она проявляет при нанесении на ее поверхность жидких красителей для бетона, а этого, зачастую, требует технология прокраски бетонных изделий.
  • Отсутствие достаточной эластичности формы «на растяжение» (не дает возможности отливать изделия, где поверхность имеет «поднутрения», т.к. изделия ломаются в этих местах при распалубке).

 

Итак, материалы для изготовления эластичных форм (цельных и разборных).

Существует несколько основных типов формных материалов.

 

Рассмотрим их:

  • Формопласт - самый дешевый тип формного материала(2-3 $/кг). Применяется, чаще всего, в «гаражных» мастерских по производству дикого камня из дешевого низкокачественного гипса. Низкая «живучесть» таких форм (от 15 до 30 циклов формовки для бетона) – требует ежемесячного обновления формного парка. Амортизация таких форм по стоимости делает их экономически крайне неэффективными.

 

  • Силиконовые компаунды и каучуки: легко перерабатываются в формы. Идеально подходят для литья гипсосодержащих смесей. При использовании силиконов для литья «камня» на основе цемента – быстро и необратимо разрушаются (механически и химически) в условиях щелочной среды, присущей любой бетонной смеси. Исключение – некоторые импортные силиконы на платиновых катализаторах, но их цена слишком высока – от 27 до 54 евро/кг. Долговечность силиконовых форм из таких материалов 1400-3000 отливок (в зависимости от дороговизны материала). Еще один неприятный минус – повышенное количество «пузырей» на декоративной поверхности «камня».

 

  • Полиуретаны (отечественные). Достоинство – невысокая цена (около 6-8 $/кг). Недостатков больше: выдерживают всего около 100 циклов (а значит: высоки амортизационные расходы),имеют высокую усадку (а значит: искажается геометрия плиток).

Но для некоторых типажей искусственного камня, в целом, годятся с точки зрения цена/качество. Впрочем, введя в эти материалы некоторые ингредиенты импортного производства, что доведет их цену до 10 – 12 $/кг, можно добиться того, что они выдержат от 200 до 400 циклов, в зависимости от сложности фактуры поверхности изделия.

 

  • Полиуретаны (США и Зап. Европа). Практически идеально подходят для целей цементного вибролитья. Средняя стоимость таких материалов 15-25 $/кг. Долговечность – до тысячи отливок, поэтому амортизационные расходы – ничтожны(0,1-0,4 $ / кв.м.). Легко перерабатываются в формы и практически не имеют усадки. Но нужно учитывать, что в мире производится более двухсот разновидностей полиуретановых компаундов. Одни обладают великолепной эластичностью, другие – прочностью и т.д. Для наших целей нужен оптимальный набор нескольких характеристик – плотность, литьевая консистенция, прочность, эластичность, абразивостойкость и некоторые другие.

И, самое главное: эластоформы из таких материалов легки при распалубке, передают самые сложные фактурные поверхности изделий (в т.ч. и со значительными поднутрениями) и идеально отражают самые сложные перепады их объемов.

 

Процесс использования всех марок данного материала достаточно прост. Компоненты смешиваются вручную или миксером в чистой сухой таре в рекомендуемом рецептурном соотношении по их весу или объему. Время жизни композиции до начала гелеобразования 10-90 минут, в зависимости от ее массы и марки, поэтому целесообразно после смешения дать 2-20 мин на выход из смеси захваченных пузырьков воздуха, или, при наличии вакуум-насоса, отвакуумировать смесь. Модель и оснастка предварительно обрабатывается антиадгезивом для предотвращения залипания материала. Полиуретановые компаунды подходят для всех основных видов формования – открытой заливки монолитной формы, обмазки и заливки под кожух.

Главными недостатками является невозможность полного гарантийного удаления пузырьков воздуха из формы ни в первом, ни во втором случае, т.к. при нанесении первого слоя (заливкой и/или обмазкой кистью вручную на воздухе) в массу вновь попадают пузырьки воздуха. Методика предварительной вакуумизации компонентов и их смеси, годится для малого, лабораторного, количества материала, т.к. объем массы увеличивается в 2-3 раза и следует ждать ее осаждения после каждого вакуум удара. Таких ударов требуется от 3 до 7 (в зависимости от объема приготовляемой массы), что никак не позволяет не дать происходить процессу гелеобразования еще до начала использования смеси для ее нанесения на поверхность модели. А наличие воздушных пузырьков в смеси, при изготовлении из нее формы, приводит к тому, что на поверхности рабочей формы появляются мелкие пузырьки (каверны). При послойном же нанесении, образуются внутренние воздушные каверны, способствующие дальнейшему разрыву и/или расслоению формы. Кроме этого, при послойном нанесении материалов холодной полимеризации (во избежание нарушения процесса полимеризации и отслоений нанесенных слоев друг от друга) следует очень строго соблюдать вилку допустимого климатического контроля окружающей среды, согласно техусловий производителя выбранного композитного материала.

Эластичные формы могут производиться методом заливки.

В этом случае их нижняя поверхность будет плоской (блочная форма), но в связи с деформацией боковых стенок формы под тяжестью залитого бетона, они требуют значительного утолщения. Все это приводит к значительному расходу материала, а, следовательно, к значительному удорожанию форм. Открытая заливка применяется, в основном, для плоских изделий с небольшим перепадом рельефа. Это наиболее простой вид формования, особенно удобный для начинающих пользователей. Модель жестко крепится в герметичной опалубке, расстояние от модели до бортов модели обычно превышает 2 см . Мягкой кистью наносят подготовленной смесь на модель для точной

прорисовки рельефа и «выгонки» микропузырьков воздуха и аккуратно выливают основную массу, таким образом, чтобы минимальная толщина формы составляла 6- 10 мм .

 

Рис. 1.  Разрез универсальной формной оснастки с эластичным блочным формным вкладышем в сборе:




 

Рис. 2.  Блочные эластоформы без формной оснастки: а)ПВС, б)полиуретан, в)силикон.

 



Основные преимущества открытой заливки – простота, несложная опалубка, возможность визуально отслеживать отсутствие воздушных включений (при использовании прозрачных марок полиуретанов).

Недостатки – не только большой расход материала, но и повышенная жесткость формы в местах наибольшей толщины и, как следствие, возможность ее надрыва в этом месте или поломки изделия.

 

 Рис 4.  Распалубка изделия из «заливной» эластичной формы.


Существует и другой метод:

Обмазка применяется при изготовлении форм с высоким рельефом или для черновых и малотиражных форм. В этом случае смешивается небольшое количество материала, который кистью наносится на поверхность модели. Материал стекает с вертикальных поверхностей в углубления, откуда его извлекают и снова «набрасывают» на модель, дожидаясь момента увеличения вязкости. Поскольку все материалы имеют вязкость, сравнимую с вязкостью масляной краски, за один проход редко удается нанести слой толщиной более 0,5- 1 мм , поэтому после первичной полимеризации материала в течение 40-90 мин, на еще липкий слой наносят новый, повторяя операцию до получения требуемой толщины. Средняя толщина формы обычно составляет 3- 7 мм . Основное преимущество метода – малый расход материала, недостатки – трудоемкость, разнотолщинность формы, очень тонкий слой на вершинах рельефа, опасность расслоения формы.

После получения эластичной формообразующей, обязательно изготавливается кожух из жестких материалов – полиэфиров, эпоксидных композитов, подвспененного полиуретана, бетона и т.п.

Поскольку кожуха из полиэфира довольно дорогие по стоимости материала и вредны с точки зрения экологии и пожаробезопасности, из эпоксидных композитов дороги а из бетона – значительно утяжеляют форму (делают ее неподъемной при ручном производстве) и гасят вибрацию при виболитье, то наиболее целесообразным является применение для этих целей двухкомпонентного подвспененного полиуретана.

Но и у этого способа есть ряд недостатков:

  • Поскольку формование кожуха происходит под давлением, то нужен специальный станок, который занят под каждый кожух 1,5-3 часа (до полного отвердения массы).
  • Установка модели и формы в станок производится вручную и занимает долгое время.
  • Помимо этого требуется изготовить кожух для заливки пенообразующих, сделать в нем вручную (точнее его крышке – подложке) до сотни отверстий для отвода излишков пены.
  • Поскольку формы разные по высоте и образованной форме и фактуре поверхностей, то количество пенообразующих элементов приходится выверять каждый раз эмпирически, а это не дает гарантий от:

1.     Избыточного давления пены, что приводит к разрушению мастер – модели, эластоформы и самого кожуха, т.е. требует переделки не только этой работы, но и всех предыдущих (а это дорого и подчас невозможно),

2.     Недостаточного давления пены, что приводит к ее оседанию и разрушению, а установить это возможно только через 3 – 12 часов после начала процесса заливки смеси пенообразующих компонентов на модель с формой.

  • И, самое неудобное, нужно успеть залить пену и прижать вручную крышку – подложку кожуха формы за 30 секунд после смешивания пенообразующих компонентов, т.к. после этого начинается неуправляемая реакция пенообразования, что приводит не только к повышению температуры до 90-120 ? С, но и к расширению объема пены в 70 раз.

Несомненным атрибутом для каждой эластичной формы является жесткий кожух, в который она укладывается перед заливкой и из которого извлекается для распалубки. Он позволяет фиксировать форму для режима заливки сверху, «распределять» режим ее вибрации, обеспечивает надежную фиксацию свежеотлитых изделий для процессов транспортировки и загрузки в гнезда сушильных ячеек или установки друг на друга. При этом, на самих формах необходимо делать «воротник», нависающий над боковыми бортами кожуха и перекрывающий их. В этом случае излишек бетона легко удаляется шпателем и не пачкает кожух, налипая на него и тем, постепенно, выводя кожух из строя.

К кожухам также необходимы определенные требования:

  • Они должны производиться вместе с формой, т.к. только их изготовление строго по периметру формы и размерам воротника до снятия формы с матрицы обеспечивает и надежное гнездо для фиксации формы в кожухе и правильное положение воротника над бортами. Если воротник завален вниз или вверх по отношению к высоте бортов кожуха, то это приводит к нарушению геометрии изделий и форм, а во втором случае еще к разрушению форм из-за механических порезов шпателем и въеданию бетонной пыли в поверхность воротникового обода самой формы.
  • Со всех сторон необходима пропитка кожуха специальными составами, позволяющими ему пребывать очень долгое время в водно-щелочной среде при значительных перепадах температур и при механическом воздействии на его поверхность при ее очистки от застывшего бетона.

·       Материалом для изготовления обычно служит качественная фанера, но ее толщина и качество подбираются оптимально и зависят от конструкции формы, технологий и параметров, применяемых при вибролитье. Сами же кожуха требуют пропитки специальным составом, предохраняющим их от агрессивного воздействия воды и бетона. 


Рис. 1.  Разрез эластичной тонкостенного формного вкладыша на мастер - матрице.




Обычно себестоимость качественных кожухов для заливных (блочных) форм колеблется от 30-325 дол. США на 1 кв.м. форм (в зависимости от материала, из которого эти кожуха изготовлены.)


Кстати, фирмы предлагающие на продажу эластичные формы часто лукавят, продавая блочные формы без кожухов и воротников, т.к. не ставят покупателя в известность что они годятся только для малопроизводительного гаражного производства, т.к. при интенсивной работе раствор бетона неизбежно попадает под форму, застывает и нарушает геометрию изделия.

5.Каучуковая резина. Годна для изготовления форм из каучуковой щелочестойкой резины горячей полимеризации под давлением. Формы из этого материала можно производить на специальных прессах с подогревом, применяющихся на заводах, изготавливающих резиново – технические изделия. Они служат несколько лет, при ежедневной одноразовой заливке и могут очищаться слабокислотной промывкой. При этом, используются только матрицы и пуансоны из металла. Формы (матрицы) производятся по моделям с поверхностью без «поднутрений», т.к. из-за их жесткости нельзя распалубить свежеотлитое изделие без повреждения его поверхности. Они очень дешевы по себестоимости, т.к. стоимость 1 кг резины не превышает 60-90 рублей, а время, уходящее на производство 1 формы не превышает 10 – 15 минут. Естественно, что горячее прессование требует и наличия второй (прижимной) формообразующей плиты (пуансона).

Обычно, такая плита делается плоской, что делает изготовляемую форму жесткой, полужесткой или малоэластичной. Но такие формы годны только для изготовления изделий с довольно простой (плоской) фактурой поверхности, имеющих толщину не менее 3,5 см .

В связи с тем, что изготовление металлической оснастки очень дорогостоящий процесс, требующий значительного ряда станков металлообрабатывающей группы, сложной документации и специалистов, то, как правило, вышеупомянутые формы изготавливаются для изделий, традиционно схожих друг с другом и имеющих правильный или несложный геометрический рисунок поверхности (тротуарная плитка, бордюрный камень, водостоки, балясины и т.п.).

Если же применять при изготовлении модели сложного изделия в металле станок с ЧПУ, то изготовление в металле только прототипа одного камня из облицовки типа Бут, обойдется не менее, чем в 5000 дол. США.

 

 

Статья написана на основе материалов,
доступных в Интернете и авторских разработок, любезно предоставленных нам
кандидатами наук господином С. Аболиным и А. Грябым