2020-03-21 09-23-51яПриемы оптимизации изделий и матриц 2020-10-24 09-43-23

при проектировании.

Для долгой и удобной работы с матрицей из стеклопластика, а также для качественного изготовления на ней изделий, необходимо учитывать особенности конкретной технологии производства уже при проектировании.  Как это сделать, читайте в данной статье.

Всем нам хочется, чтобы стеклопластиковые матрицы для изделий из композитов были качественными и служили долго.  Производители матричных материалов ориентируют нас на срок службы матрицы 1000 съемов. Это при, скажем, трех съемах изделия в сутки «гарантирует» нам год беспечальной работы. В действительности же этот срок может колебаться в больших пределах. В зависимости от многих факторов, матрица может служить от 100 съемов до 3000. Это реальные цифры, которые мне удалось зафиксировать, возможно некоторые матрицы «живут» и дольше. Факторы «долголетия» матриц, это: качественные матричные материалы, высокий уровень изготовления матриц (соблюдение всех требований нанесения и укладки материалов, временного и температурного режима), высокая культура эксплуатации матриц (отсутствие механических повреждений, своевременное нанесение разделителя, правильный временной и температурный режим изготовления изделий). Существует еще один не менее важный фактор сохранности матриц, о котором мне хотелось бы написать в этой статье, это – грамотное проектирование на стадии 3Д модели.

По аналогии с известной шуткой про то, что главная беда России — это дураки и дороги, могу сказать: главная проблема в производстве стеклопластиковых матриц – это углы и уклоны.

Современный дизайн изделий диктует нам острые углы и четкие линии, вертикальные поверхности практически без уклона, едва уловимые уклоны горизонтальных поверхностей, которые могут быть видны только с четко обозначенными гранями. Между тем, для стеклопластика существуют объективные требования: уклон вертикальных граней оптимальный 7 градусов, скругление углов не менее 5 миллиметров. Если мы говорим о литьевых изделиях, то острые углы проблема только матриц, изделие может иметь любое самое маленькое скругление на углах. А при контактной формовке стеклопластика, и других технологиях использующих стекломатериалы, эта проблема распространяется уже и на детали. Углы уклона особенно критичны на матрицах с пуансонами (литье из искусственного камня, РТМ технология). При контактной формовке, где изделие изготавливается только в лицевой матрице, углы уклона со стороны отрицательного давления усадки менее критичны. Как это выглядит, и как с этим бороться на стадии конструирования я постараюсь показать на следующих иллюстрациях.

Рис.1: Стеклопластиковое изделие контактного формования.

 

1

 

Уклон поверхностей подверженных давлению усадки должен быть больше, тогда изделие как-бы съезжает с матрицы при расформовке, не портя при этом гелькоутные поверхности. Смещение материала изделия обеспечивает легкий съем на внешних поверхностях, откуда (а не куда) направлено давление. Поэтому здесь уклон может быть минимальным.

Рис.2: Литьевое изделие.

 

2

 

Здесь давление усадки испытывает в основном лицевая матрица. А пуансон, напротив освобождается при сжатии изделия усадкой.

Рис. 3: Литьевое изделие с высоким бортом.

 

3

 

А при такой конфигурации, давление усадки испытывают уже и пуансон, и матрица.

Хочется здесь отметить, что усадка полиэфирной смолы (гелькоута) присутствует всегда, даже у материалов, названных производителем «безусадочными». Просто стандартная усадка обычной (конструкционной, литьевой, или РТМ) смолы с наполнителем (стекломатериалы, песок, кальцит, и др.) колеблется от 0,2% до 1% и чаще всего составляет 0,6%. У безусадочных материалов она меньше. Наличие усадки означает, что изделие всегда меньше своего виртуального прототипа примерно на 6 мм на каждом погонном метре в любом направлении. При моделировании конструкторам хорошо бы это учитывать, в том числе при указании размеров в чертежах, и при стыковке стеклопластика с металлом (закладные, каркас, кожух).

В отношении острых углов (малых радиусов скруглений) мы понимаем, что полностью избавиться от них при моделировании мы не сможем, т.к. в этом случае изделие станет похожим на «обмылок» и не будет иметь эстетической ценности. Поэтому прежде всего, следует немного сказать о способах изготовить эти острые грани, а уж потом рассмотреть, как сделать их количество на изделии – минимальным.

Рис. 4-7: Правильная формовка острых вогнутых углов матрицы или изделия.

 

Напоминаю, что для рассмотрения любой картинки в увеличенном виде, достаточно «кликнуть» на нее мышкой.

                Часто для стеклопластиковых и литьевых изделий закладывают скругление углов 2 мм. Нужно помнить, что при формовке такого угла, обычный стекломат (или стеклоткань) все равно уляжется с радиусом 5 мм. Это связано с толщиной элементарных нитей, из которых изготовлен стекломатериал. Для изготовления матриц производится и стекломат плотностью 100 и 225 гр/м.кв имеющий более тонкие элементарные нити, способные укладываться в радиус до 3 мм. Но по причине его малого потребления (только первые 1-2 слоя матриц) его мало производят и продают, поэтому применяется он не часто. Если проигнорировать факт необходимости скругления не менее 5 мм, изделие (или матрица) будут иметь пузыри воздуха в острых углах, как показано на Рис.4. Многие борются с этим – тщательной «пробивкой» острых углов кистью. Но стекломат при этом не укладывается с меньшим радиусом, просто острый угол заполняется не воздухом, а связующим (смолой). Другой способ (несколько лучше) – это вмазывать в острый угол полиэфирную склеивающую пасту. Вмазать без пузырей высокопрочную стеклонаполненную пасту невозможно, из-за ее неподходящей консистенции. Ненаполненная же паста не многим более крепкая чем просто смола. Оба эти способа не являются удовлетворительными и ведут к легкому скалыванию острых углов на отформованой матрице (или изделии). Единственно правильным можно считать прокладывание стеклоровинга по всем вогнутым острым углам (Рис.7). Нити ровинга набираются в пучок толщиной около 1 см, длиной – по длине участка, закладываемого за один прием (так, чтобы удобно было работать с этим жгутом, обычно не более 1 м), промачиваются связующим путем окунания, или кистью. Затем жгут укладывается в острый угол по всей его длине и пробиваются кистью. Не дожидаясь отверждения уложенного материала, поверх него укладывается первый слой стекломата.

                Рис. 8-14: Техника укладки ровинга в острые углы формы.

 

Мы обсудили как поступать с вогнутыми углами при формовке. Но выпуклые острые углы не менее проблематичны. И здесь я рекомендую именно намазывание ненаполненной склеивающей пасты. Ее применение в данном случае не ослабляет формуемое изделие (или матрицу), и является единственным наиболее удобным в исполнении средством борьбы с проблемами острого выпуклого угла.

Рис.15: Правильная формовка острых выпуклых углов матрицы или изделия.

 

15

 

 

 

 

Теперь разберёмся, как же уменьшить количество таких проблемных мест на матрице.

Оказывается, для сохранения эстетичности изделий, достаточно иметь острые углы (скругление 2 мм) лишь на выпуклых частях изделия. При этом ответный угол на матрице является вогнутым, и не скалывается при эксплуатации. Кроме того, можно увеличивать углы уклона на небольших поверхностях до 15 и даже 30 градусов. Рассмотрим это и прочее на конкретных примерах.

Поскольку матрицы для литьевых изделий имеют компактный вид, и при этом содержат в себе все проблемы стеклопластиковых матриц, то на примере их всё и рассмотрим. И еще, усовершенствования конструкции матриц и изделий силами моделирования касается не только повышения сохранности матриц, но еще и улучшения эксплуатационных качеств изделия, облегчения работы с изделием при производстве, экономии материалов. Так как одно не отделимо от другого.

                Вообще, необходимость такой оптимизации матриц кухонных моек стала для меня очевидной при пересмотре существующих на заводе моек и построении их ЗД моделей для составления каталога и получения расчетной информации по весу и площади. При детальных обмерах, стало понятно, что многие мойки изготавливались не через построение 3Д модели, а так сказать «аналоговым» способом, т.е. когда-то лепились вручную модельщиком, а потом испытали много раз «клонирование» (пересъем матрицы с чужого изделия). По причине чего толщина, скругления и уклоны изделий очень далеки от оптимальных.

                Необходимость «разъяснительной» работы среди конструкторов, появилась при работе на большом предприятии, разрабатывающем и изготавливающем различные облицовочные панели из стеклопластика, предприятии, имеющем большой конструкторский отдел.  При проектировании изделий, моделей и матриц, не достаточно уметь моделировать в 3Д и грамотно составлять чертежи. Нужно еще представлять себе весь процесс изготовления этих моделей, матриц, изделий в деталях. Зная, «как это работает», конструктор сможет оптимально построить требуемую модель.

                Данная статья имеет своей целью оказать посильную помощь в указанных вопросах.

 

Рис. 16-20: Пример оптимизации круглой кухонной мойки из искусственного камня.

Описание дано на рисунке.

 

 

Рис. 21-24: Оптимизация круглой мойки с крылом.

Произведенные изменения:

1) Скругление было 5 мм, стало 10 мм

2) Скругление было 10 мм, стало 25 мм

3) Диаметр дна мойки был 353 мм, стал 333 мм.

4) Боковая стенка мойки была изогнута в 1 направлении, стала изогнута в 2-х направлениях, что облегчит съем изделия с матрицы, увеличит прочность этой стенки матрицы и изделия.

5) Все мелкие ВНУТРЕННИЕ отделочные скругления были 2 мм, стали 5 мм. Это уменьшит зацепы на мелких элементах, уменьшит опасность трещинообразования при усадке изделия, уменьшит скалываемость на матрице.

6) Бортик по периметру изделия был высотой 5 мм, стал 3 мм. Этим снижен риск порыва изделия в этом месте, облегчен съем с матрицы.

7) Все мелкие ВНЕШНИЕ отделочные скругления = 2 мм. Т.к. они не мешают съему, зато создают визуальный эффект тонких линий и острых углов, что позиционирует изделие как высококачественное, премиум класса.

 

 

 

                Рис. 25-29: Оптимизация квадратной мойки с крылом.

                Произведенные изменения:

1) Скругление было 2 мм, стало 5 мм

2) На боковых стенках чаши добавлен изгиб для облегчения съема с матрицы и упрочнения изделия и матрицы в этом месте (были плоские боковые стенки).

3) Скругление по дну чаши было 10 мм, стало 25 мм. Скругления углов боковых стенок (на рисунке с нумерацией не показано, его можно видеть на других рисунках) — были 10 мм, стали — переменного радиуса: со стороны дна мойки — 25 мм, с противоположной стороны — 10 мм. Улучшает съем с матрицы, делает более удобной уборку при эксплуатации изделия мойка.

4) На задней стенке добавлен «лепесток», отмечающий место сверления переливного отверстия. Облегчает «прицеливание» при сверлении, повышает качество отверстия.

5) Все внутренние отделочные скругления были 2 мм, стали 5 мм.

6) Все внешние отделочные скругления = 2 мм. Они не мешают съему, но в бликах создают вид четких линий и острых углов.

7) Высота ободка была 5 мм, стала 3 мм.

 

 

29

 

                Дизайнерский способ уйти от острого угла – заменить его фаской. Применен в этих изделиях фирмы Schock. Мы переняли это для своих моек.

Рис. 30, 31: Немецкие мойки Schock.

 

 

Рис.32, 33: Наши мойки с использованием того же приема.

 

 

Углы уклона вертикальных стенок чаши у всех производителей 5 градусов. Мы определили, что небольшое увеличение этого угла не значительно уменьшает размер дна мойки, а съем с матрицы гораздо легче. Следовательно ее сохранность выше. Закладываем оптимальный угол 7 градусов.

Углы уклона дна мойки у всех заданы 1-2 градуса. Мы делаем 3 градуса. Это мало помогает съему, ведь эта поверхность горизонтальная, зато это делает плоскую поверхность на матрице более выпуклой, что увеличивает ее прочность и срок службы. До этого на особо плоских днищах на матрицах моделировавшихся вручную наблюдалось даже проседание поверхности, что давало на изделиях отрицательный уклон (вода текла не к сливу, а от него). Кроме того, это облегчает сток воды в изделии мойка.

Толщины литьевого изделия – очень важный фактор экономии материала. В то же время, они должны быть достаточны для выдерживания нагрузок, испытываемых изделием. Это зависит от прочности литьевой смеси. Экспериментально мы определил эти значения. До «цифровизации» парка моек, их вес был на 15-30% больше. Толщины противоположных стенок и скругления углов часто были разными, толщины различных частей в целом – не одинаковы. Теперь все сделано как нужно.

Рис. 34: Толщины мойки.

  1. Ободок слива толщина 13 мм
  2. Дно мойки толщина 11 мм
  3. Боковые стенки чаши толщина 10 мм
  4. Крыло мойки толщина 11 мм

 

34

 

Рис. 35, 36: Способ контроля толщины реального изделия.

Для контроля толщин нет ничего лучше, чем разрезать мойку на кусочки, и замерить толщины штангенциркулем по определенным точкам. Так мы поступаем и с «аналоговыми» мойками перед переводом их «в цифру», и с первыми отлитыми по 3Д модели мойками, с целью проверить качество выполненных работ.

 

 

Еще одно усовершенствование, которое в малой степени относится к матрице, больше к удобству обработки изделия. Это отгиб по краю мойки вниз. Он позволяет при обрезке края изделия не резать диском материал на большую глубину, а обрезать всего 9 мм материала. Это ускоряет обрезку, экономит диски, уменьшает количество сколов, избавляет от необходимости следить за ровным перемещением режущего инструмента по горизонтали. Кроме того, край матрицы, где она стыкуется с пуансоном по необходимости должен быть острым, в этом месте долго работавшие матрицы часто имеют выщербленности. Такой отгиб изделия позволяет вывести эти выщербленности на край изделия, который уходит в отрез. В настоящее время мы все мойки переводим на такой способ обрезки.

Рис. 37: Отгиб мойки для удобной обрезки.

 

37

 

Раз уж мы говорим о мойках, то скажу еще и об отличии в конструкции моек, изготавливаемых с декоративным слоем от моек для безгелькоутного литья. Первые должны иметь широкие и неглубокие полки вокруг чаши, для возможности хорошего сплошного прокраса декоративным слоем. В случае двухчашевой мойки, расстояние между чашами должно быть как можно больше. Более новая технология безгелькоутного литья позволила избавиться от необходимости наносить декоративный слой, этим не преминули воспользоваться конструкторы. То, какой технологией будет изготавливаться изделие, необходимо учитывать при моделировании. О чем идет речь, становится понятно если сравнить матрицы моек. В первую можно напылить декоративный слой на вертикальные поверхности качественно, для второй это затруднительно.

Рис. 38, 39: Безгелькоутное литье.

 

 

Рис. 40, 41: Изделие с декоративным слоем.

 

 

При желании, серию примеров изменений по оптимизации стеклопластиковых матриц можно продолжить, но рамки статьи не позволяют это сделать. Надеюсь, я донес до Вас суть процесса. А при понимании сути процесса, подобные улучшения можно производить самостоятельно.

ВНИМАНИЕ

Разместить свой отзыв о статье, или прочитать отзывы Вы можете, перейдя по этой ссылке на наш форум МАСТЕРКОМПОЗИТ

Ознакомиться с печатным вариантом этой статьи Вы можете, «кликнув» на картинке расположенной ниже:

2021-01-31_11-29-03

(Статья находится в журнале на странице № 46)

Уважаемые ДРУЗЬЯ!

Приобрести лучшие стекломатериалы, гелькоуты и полиэфирные смолы производителя POLYPROCESS (Франция) Вы можете у партнеров нашего сайта, фирмы УМС Композит, которая осуществляет свою деятельность на территории России, Белоруссии, Украины.

Получить консультацию, или заказать материалы можно по ЭТОЙ ССЫЛКЕ.

Посмотреть обновленный сайт УМС Композит, можно ЗДЕСЬ.

Удачи Вам в Вашей деятельности!