Производство чугунной детали сложной формы начинается задолго до заливки расплавленного металла. Сначала изготавливают точную объёмную модель, с помощью которой в формовочной смеси создаётся полость будущей отливки. От геометрии, качества поверхности и сохранности этой оснастки зависят повторяемость деталей и стабильность всего производственного цикла.
Один из примеров такого применения вспомогательных материалов — производство чугунных банных печей российской компанией «Техно Лит». Предприятие работает с 2008 года, располагает собственным конструкторским бюро, станками с ЧПУ и производственными площадками полного цикла. С 2019 года ООО «МПКМ» поставляет компании полиуретановые грунтовочные составы для обработки модельной оснастки из МДФ.
Как из МДФ получают объёмную модель
Для изготовления крупной оснастки несколько листов МДФ склеивают между собой. После отверждения клея получается многослойная заготовка, которую можно обрабатывать как единый массив.
Заготовку устанавливают на станок с ЧПУ. На основании цифровой модели фреза последовательно формирует наружные поверхности, внутренние полости, пазы, каналы, выступы и другие элементы будущей чугунной детали.
Цифровая обработка позволяет воспроизводить сложную геометрию и при необходимости корректировать конструкцию оснастки без полного изменения производственного процесса.
Почему поверхность МДФ необходимо укреплять
МДФ удобен для изготовления модельной оснастки: он имеет однородную структуру, хорошо фрезеруется и позволяет воспроизводить небольшие элементы. Однако после механической обработки проявляется его основная особенность — пористая поверхность.
Наиболее интенсивно жидкости впитывают открытые торцы, кромки и участки, по которым прошла фреза. При многократном использовании необработанный МДФ может пылить, осыпаться и постепенно терять первоначальную геометрию.
Особенно уязвимы:
- тонкие выступы и перемычки;
- острые кромки;
- небольшие углубления;
- внутренние полости и узкие каналы;
- участки со сложным рельефом.
Как работает полиуретановая грунтовка
Полиуретановый грунтовочный состав проникает в поверхностные поры МДФ. После отверждения он уплотняет верхний слой материала и связывает частицы древесного волокна.
Такая обработка решает несколько технологических задач:
- укрепляет торцы, кромки и фрезерованные участки;
- уменьшает пылеобразование и осыпание поверхности;
- снижает впитывающую способность МДФ;
- помогает сохранить небольшие элементы рельефа;
- облегчает последующую подготовку поверхности;
- повышает стойкость оснастки при повторном использовании.
Ровную плоскость обработать относительно просто. Больше внимания требуют внутренние полости, узкие каналы, торцы и небольшие выступы. На таких участках важно обеспечить равномерное нанесение состава и не допустить необработанных зон.
После грунтования элементы оснастки соединяют, проверяют их геометрию и при необходимости выполняют дополнительную обработку поверхности.
Как модель превращается в чугунную деталь
Подготовленную модель используют в формовочной системе. Песчаная смесь заполняет пространство вокруг оснастки и воспроизводит её поверхность. После уплотнения смеси модель извлекают, а в образовавшуюся полость заливают расплавленный чугун.
После охлаждения металла песчаную форму разрушают и получают отливку заданной геометрии: стенку печи, дверцу, колосник или другую деталь.
Полиуретановая грунтовка в состав готовой печи не входит. Она работает на промежуточном этапе — при подготовке технологической оснастки. Однако состояние этой оснастки непосредственно влияет на точность формы и повторяемость изготовленных с её помощью деталей.
Таким образом, вспомогательный материал может заметно влиять на результат производства, даже если полностью отсутствует в конечном изделии.
Почему состав проверяют на опытном образце
Для модельной оснастки недостаточно выбрать материал только по названию или типу связующего. Необходимо учитывать плотность и качество МДФ, состояние обработанной поверхности, глубину впитывания, вязкость грунтовки, способ нанесения и продолжительность межслойной выдержки.
Слишком вязкий состав может недостаточно проникать в пористую поверхность. Чрезмерно текучий материал способен глубоко впитываться, не создавая требуемого укреплённого поверхностного слоя. Поэтому технологию целесообразно предварительно проверять на образце того же МДФ, из которого будет изготовлена оснастка.
После пробного нанесения оценивают:
- равномерность впитывания;
- состояние торцов и кромок после отверждения;
- наличие ворса и пылеобразования;
- прочность укреплённого поверхностного слоя;
- удобство последующей обработки;
- совместимость с другими используемыми составами;
- сохранность небольших элементов рельефа.
Практическая проверка на конкретном основании позволяет точнее подобрать технологию, чем формальное сравнение отдельных характеристик из технических описаний.
Вспомогательный материал как часть технологии
Опыт сотрудничества с компанией «Техно Лит» показывает, что вспомогательные материалы нельзя оценивать только по их доле в себестоимости готового изделия. Сравнительно небольшой объём состава используется при изготовлении оснастки, которая может применяться многократно и определять качество большой серии отливок.
«Я сам люблю баню, поэтому этот пример мне особенно близок. Грунтовки в готовой печи нет, но результат её работы есть. Она помогает сохранить оснастку, по которой отливают чугунные детали. Такие неочевидные применения материалов особенно интересно находить в производственных задачах заказчиков», — отмечает директор ООО «МПКМ» Арслан Кинзябулатов.
Похожий принцип действует и в других отраслях. Углеродные ткани применяют при формовании судовых конструкций, углеродную фибру — при разработке антистатических покрытий, а композитные сетки — как армирующий элемент огнезащитных систем.
Материал следует рассматривать как часть всего технологического процесса: от подготовки исходной поверхности и изготовления опытного образца до испытаний и серийного производства.
Другие примеры применения строительной химии и углеродных материалов в промышленности приведены в расширенном обзоре ООО «МПКМ».