(иначе, литьевой камень) – материал, соединивший в себе прочность и красоту натурального камня с доступной ценой (благодаря дешевым минеральным добавкам) и простотой изготовления. Возможность применения практически любого заполнителя (песка, гранитной и мраморной крошки, стекла и многих других) гарантирует разнообразие . А наличие полимерного связующего делает их долговечными, воздействию воды и перегреву.
Давайте расммотрим типовые технологические процессы изготовления полимербетонов, а также возможность его создания своими руками.
Что потребуется?
Для получения продукта требуются:
- Наполнитель достаточно крупной фракции (песок, щебень, крупно измельченное стекло).
- Заполнитель более тонкого помола, уменьшающий стоимость материала. Это порошок из графита, кварца или андезита.
- Связующее вещество — его понадобится порядка 5 процентов. В этом качестве используют одну из полимерных смол. Например, полиэфирную (ненасыщенную), карбамидоформальдегидную, фурановую, эпоксидную.
- Отвердители, пластификаторы, специальные модифицирующие добавки, красители.
- Смазка для разделения форм и гелькоут для наружного покрытия.
Способы производства
Процесс производства может происходить по периодической или непрерывной технологии.
- В первом случае емкости, используемые для изготовления материала, нужно после каждого законченного цикла отмывать. Зато сделать полимербетон возможно в самом обычном ведре или бетономешалке.
- Непрерывная технология применяется в основном на крупных производствах. При этом слаженно трудятся, организуя единую цепочку, специальные литьевые машины, дозаторы и автоматические смесители.
Следующее видео рассказывает об изготовлении и напылении облегченного полимербетона:
Процесс
Для изготовления литьевого камня понадобится форма, хорошо покрытая особой разделительной смазкой (иначе готовое изделие вынуть будет невозможно). Форма может быть выполнена из силикона, стеклопластика, металла или даже ДСП (бюджетный вариант).
- На разделительную пасту наносится слой гелькоута нужного цвета.
- Внутрь формы закладывается композиционная смесь, состоящая из вышеперечисленных ингредиентов, предварительно хорошо перемешанных в бетоносмесителе. На крупных производствах, где объемы весьма солидные, смесь закладывают в форму с помощью бетоноукладчика. Если изделия небольшие, а технологический процесс является периодическим, то это делается вручную.
- Теперь необходимо, чтобы уложенная смесь подверглась воздействию вибрации (виброуплотнению). Время данной процедуры составляет примерно две минуты. На заводе для этого служит резонансная виброплощадка, на небольшом производстве – вибростол.
В условиях производства на заводе по изготовления полимербетона при необходимости осуществляют термообработку для более быстрого затвердевания деталей. В остальных случаях ждут естественного завершения этого процесса.
Про станки, формы и другое оборудование для производства изделий из полимербетона расскажем далее.
Необходимое оборудование
Особенности выбора и затраты
Тем, кто мечтает замахнуться на непрерывную технологию и солидные объемы, организовав крупное промышленное производство, потребуется специальное конвейерное оборудование. Которое будет включать в себя автоматы для дозировки, смешивания, литья, доводки, а также механизированный склад.
Обойдется всё это в кругленькую сумму, составляющую несколько миллионов долларов. Если ограничиться лишь фирменным оборудованием «под ключ», то расходы будут значительно меньше – от 30 до 50 тысяч долларов.
Но всё равно не всегда имеется возможность найти деньги на покупку, особенно в наше сложное время. Впрочем, можно обойтись еще меньшими затратами. Если приобретать все необходимые машины и прочие вещи по отдельности. А кое-что и самостоятельно смастерить. Далее – подробнее об этом варианте.
Перечень техники и приспособлений
Итак, вот перечень техники и приспособлений, без которых не обойтись:
- Вибростол – готовый будет стоить около 27 тысяч рублей. Если хотите сэкономить, сварите стол самостоятельно, используя двухмиллиметровые уголки из металла (60-ми). К столу привариваем вибратор промышленного типа – готово.
- Мешалка, которая соединит в однородную смесь все компоненты. Если приобретать вакуумный мощный прибор европейского качества, то придется выложить порядка 10 тысяч долларов. Но можно использовать и отечественную бетономешалку или строительный миксер. Выйдет гораздо дешевле – стоимость зависит от объема и мощности. Еще дешевле – сделать смеситель самому из железной бочки и электропривода с редуктором.
- Также понадобится компрессорная система с пистолетом. Без нее не получится ровно нанести гелькоут. Пистолет стоит от 50 до 100 долларов. Компрессоры можно взять автомобильные – двух штук от ЗИЛа будет достаточно. Их соединяют параллельно и крепят к установленным на крепкую раму металлическим площадкам.
- Формы из стеклопластика или силикона в широкой продаже пока не распространены. Их можно заказать под конкретные изделия (например, подоконники) в специализированной фирме. Или изготавливать формы самостоятельно, начав с более дешевого материала – ДСП с ламинацией.
- В обязательном порядке будет нужна вытяжка – на этапе литья производство отличается вредными испарениями. Соответственно, приобретем и индивидуальную защиту: перчатки, респираторы.
- Для отделочных работ понадобятся электрические инструменты: шлифовальная и полировочная машинки. А еще дрель, лобзик, болгарка, фрезер (по необходимости).
Про выбросы в атмосферу от производства полимербетона расскажем далее.
О еще одном способе изготовления полимербетона расскажет и этот видеосюжет:
Выбросы в атмосферу от такого производства
Как уже упоминалось чуть выше, во время литья выделение вредных составляющих присутствует.
- В частности, это стирол, который содержится в смолах, используемых в качестве связующего вещества. Как только мы открываем герметично закрытую емкость с такой смолой, начинается испарение ядовитого газа.
- Кроме того, крайне опасен и отвердитель (как правило, это метилэтилкетоновый пероксид). Впрочем, он не летуч и требует лишь защиты рук резиновыми перчатками.
Эти факты заставляют производителей полимербетона тщательно оборудовать литьевое помещение, делая его герметичным, устанавливая над столом мощную вытяжку, не забывая о собственной защите (респираторе). И если все эти меры соблюдены, а выходящий в вытяжку воздух очищается, то выбросов в атмосферу не будет (ведь помещение герметичное).
О том, как самому (своими руками) сделать эластичный полимербетон, читайте ниже.
Создание своими руками
А сейчас мы поговорим о том, как делать небольшие изделия из модного литьевого камня самостоятельно, затратив минимум средств. К примеру, это могут быть горшки для цветов, столешницы, подоконники (особенно популярные, так как они теплее мраморных или гранитных).
Выбор помещения и его обустройство
Для начала нужно подумать о помещении – понадобится метров 80 квадратных общей площади. Желательно где-то на отшибе подходящий домик присмотреть. И 12 квадратных метров сразу же надо будет отгородить для литьевого помещения, причем придется постараться максимально загерметизировать все щели. Чтобы стирол не утекал.
В центре этой комнаты мастерим стол на раме из железных уголков, покрыв его столешницей из ДСП. Выставляем его поверхность по уровню – это важно! Над столом устанавливаем вытяжку – металлический короб с электродвигателем.
Чтобы было светло, крепим сверху лампы дневного света. В соседнем помещении ставим такой же стол – для отделочных и прочих работ. Здесь же разместим инструмент и емкости для сушки мела и песка (металлические низкие короба).
Необходимое сырье
Необходимое сырье:
- Речной кварцевый песок (расфасован по 20 килограммов). Его надо высушить хорошо.
- Просеянный мел – его также сушим.
- Смола полиэфирная – в ведерках по 20 литров покупается.
- Отвердитель, гелькоут, разделительная паста.
Процесс изготовления
- Понадобится чистое пластиковое ведро для размешивания, перфоратор на 450 ватт и строительный миксер (к нему приделаем перфоратор, приварив сверло для перфорирования — получим смеситель).
- Форму мастерим из ламинированных древесных плит, делая ее разборной. Разделительную пасту удобно наносить кистью, растирая капроновым чулком.
- Гелькоут разбавляем смолой (добавив ее 10 процентов) и наносим флейцевой кистью. Делаем это дважды. Следим, чтобы волоски с кисти не прилипли.
- Смешав в чистом ведерке смолу с отвердителем, добавляем 15 процентов мела, а затем – порциями песок. Масса должна стать вязкой. Чтобы удалить пузырьки воздуха, время от времени постукиваем ведерком по полу.
- После готовности заливаем раствор в форму. Теперь разгладим поверхность: два человека берутся руками за форму (непременно снабженную ручками) и, приподняв, постукивают ее о стол. Смесь оставляют (минут на 40) и выходят из литьевой комнаты.
- После застывания до «резинового» состояния — можно это определить по очень горячей поверхности и особому звуку при постукивании — вынимаем изделие из формы (разобрав ее) и переворачиваем заливочной стороной вниз. Даем полностью затвердеть, затем шлифуют и полируют.
Меры безопасности: взвешивая смолу, а также работая с ней, с гелькоутом и с залитой в форму смесью, трудимся только в респираторе, под вытяжкой. Отвердитель добавляем шприцом, надев резиновые перчатки.
О том, как изготовить своими руками полимербетон с разводами, расскажет следующее видео:
Отечественный опыт. Первая опытная партия полимербетонных тюбингов, элементов крепи подземных выработок и безарматурных труб была выпущена в 1959 г. .
Полимербетонные трубы имели внутренний диаметр 900, толщину стенки 18 и длину 1200 мм. В возрасте 3 и 10 сут кубиковая прочность контрольных образцов составила 30 и 50 МПа соответственно. При гидростатическом испытании трубы в возрасте 3 суток разрушились при 0,5-0,7 МГІа, а в возрасте 5 суток - при 1,1 - 1,2 МПа.
Длина тюбингов по дуге была J570 мм, толщина стенки 70 мм. Масса тюбинга 48 кг, в том числе масса арматуры 20 кг. После изготовления один из тюбингов находился в течение 5 лет на" открытом воздухе, подвергаясь солнечной радиации и атмосферным температурно-влаж - ностным воздействиям. Последующие обследования и испытания показали, что атмосферные воздействия не привели к трещинообразованию в материале и не увеличили водопоглощения полимербетона.
По результатам испытаний на Скуратовском экспериментальном заводе был построен цех для изготовления несущих конструкций из армированного полимербетона ФА - армополимербетонных стоек и перемычек для крепления шахтных выработок.
Стойки типа ОШС-1 представляли собой пустотелый стержень сечением 155X160 мм, длиной 2-3 м. Стойки армированы четырьмя продольными стальными стержнями периодического профиля диаметром 12 мм и поперечными хомутами в виде непрерывной спирали из холоднотянутой проволоки диаметром 4 мм с шагом 50 мм у опор и 100 мм на остальной длине. Для облегчения массы в стойке было устроено сквозное отверстие диаметром 110 мм. При испытании на центральное сжатие разрушение произошло при нагрузке 40 т в результате концентрации напряжений в торцевых частях, т. е. стойки данной конструкции обладали примерно той же несущей способностью, что и железобетонные центрофугирован - ные, используемые для крепления пород средней твердости. В то же время масса их была в 2 раза меньше.
Верхние перемычки таврового сечения длиной 2300- 2500 мм для опирання на стойки имели на концах плоские усиленные участки. Продольная арматура выполнялась из двух стержней периодического профиля диаметром 16 мм. Применение более легких стоек и перемычек позволило значительно облегчить условия работы и повысить производительность труда при проходке штреков.
На основе накопленного опыта изготовления конструкций из сталеполимербетона в г. Коммунарске был построен цех для серийного выпуска стоек и перемычек. За сравнительно короткий срок в этом цехе было изготовлено более 21 тыс. элементов крепи для Донбасса .
Опытные образцы сталеполимерных опор контактной сети длиной 13,6 м, изготовленные на Батайском ЗЖБИ по проекту МИИТа, предназначались для эксплуатации в условиях почвенной и атмосферной коррозии. При из - готовлений таких опор учитывали не только высокую химическую стойкость полимербетона, но и его диэлектрические свойства.
На Киевском ЗЖБИ были изготовлены шпалы из полимербетона, армированного предварительно напряженной стальной арматурой. На одном из участков сортировочной горки железной дороги было уложено 40 таких шпал. Испытания показали, что трещиностойкость сталеполимербетонных шпал по сравнению с железобетонными оказалась выше на 20-30%, через 6 лет эксплуатации была отмечена их высокая надежность в условиях интенсивного движения .
Сталеполимербетониые плиты размером в плане 1200X5680 мм выпущены трестом Запхимремстроймон - таж для перекрытия технических тоннелей Светлогорского завода искусственного волокна .
Днепропетровский инженерно-строительный институт разработал для одного из целлюлозно-бумажных комбинатов вихревые очистители из полимербетона вместо традиционных очистителей из износостойких сплавов.
В цехе электролиза одного из химических комбинатов четвертая часть подванных эстакад выполнена из армополимербетонных сборных коррозионностойких конструкций. Балки пролетом 6 м представляют собой комбинированные конструкции из железобетона и армированного полимербетона, а колонны изготовлены целиком из сталеполимербетона .
Хорошие результаты получены при изготовлении плит для предприятий полиграфической промышленности из полимербетонов на ацетоноформальдегидных смолах, отверждение которых происходит в щелочной среде под действием аминных отвердителей .
Водоскаты плотин на Беш-Алышском, Сары-Курган - ском, Караспанском и других гидроузлах вместо базальтовых или чугунных плит, стального или деревянного настила были облицованы полимербетоном ФА толщиной 100-150 мм. Общая площадь покрытия на пяти плотинах ирригационных сооружений составила около 900 м2. Более чем 20-летний опыт эксплуатации этих плотин показал их высокую износостойкость, долговечность и экономическую целесообразность .
В НИИЖБе совместно с Гипроцветметом и ВИСИ разработана, изготовлена и испытана опытная партия несущих химически стойких конструкций из сталеполи - мербетонов ФАМ для промышленных зданий с интенсивным воздействием жидких агрессивных сред. Колонны подванных эстакад сечением 300X300, длиной 3500 мм имели продольную арматуру в виде четырех стержней периодического профиля диаметром 16 мм и поперечные хомуты из холоднотянутой проволоки диаметром 8 мм.
При испытании на центральное сжатие в прессе (мощ. ностыо 120 Н) разрушающая нагрузка на колонну составила (~50 Н). При внецентренном сжатии с эксцентриситетом 75 мм разрушающая нагрузка составила 20 Н. Как в первом, так и во втором случае отношение расчетной нагрузки к разрушающей дает значительный запас прочности.
Испытания натурных конструкций сталеполимербе - тонных колонн, а также фундаментных башмаков, блоков и плит подтвердили принятые при проектировании основные расчетные предпосылки. Гипроцветмет на основании полученных данных разработал рабочие чертежи этих конструкций, крупная серия которых была изготовлена и смонтирована на Джезказганском горнометаллургическом комбинате (ГМК). Внедрение армополимербетонных конструкций подванных эстакад позволило отказаться от дорогостоящих и дефицитных фу - теровочных материалов, снизить стоимость строительства, улучшить защиту от воздействия электрокоррозии, сократить трудоемкость изготовления в 3 раза, увеличить срок службы конструкций в 5 раз и получить годовой экономический эффект около 480 тыс. руб. После 15 лет эксплуатации колонны каких-либо признаков разрушений не имеют.
Трестом Казмедьстрой освоено изготовление химически стойких полимербетонных плит для футеровки полов у лнвненакоаителей. Всего при строительстве объектов на Джезказганском ГМК изготовлено и смонтировано более 5000 м3 армополимербетонных конструкций.
Первые опытные участки химически стойких монолитных полов на основе полимеррастворов и полимербетонов выполнены в начале 60-х годов. Проверка показала, что для монолитных покрытий полов обычные составы на фурановых, полиэфирных и даже эпоксидных смолах не могут обеспечить требуемой надежности и долговечности. Были разработаны специальные составы модифицированных композиций, в том числе в НИИЖБе тина эластокрил, слокрил и др. В период с 1974 по 1980 г. только при непосредственном участии сотрудников НИИЖБа и КТБ НИИЖБ было изготовлено 125000 м2 монолитных химически стойких полов.
Вреди химически стойких армополимербетонных конструкций особое место занимают трубы, емкости и различная баковая аппаратура.
Первые опытно-промышленные канализационные кольца из полимербетона ФА были изготовлены на Ску - ратовском экспериментальном заводе (1961 г.), Внутренний диаметр кольца 1680 мм, толщина стенок 150 и длина 1200 мм, его масса 2270 кг, в том числе арматурной стали-252 кг. Арматура колец состояла из двух цилиндрических сеток из горячекатаной проволоки диаметром 5 мм с размером ячейки 100x 100 мм, соединенных между собой поперечными стержнями. Полимербетонные коллекторные кольца изготовляли в специальной оснастке методом вертикального виброформования. При испытании колец первые трещины появились при нагрузке, в 1-2 раза большей, чем у аналогичных колец из железобетона класса В40. Разрушающая нагрузка для этих колец достигала 2,5-3 Н/м.
Первая опытная проходка коллектора длиной 38 м способом проталкивания полимербетонных колец была осуществлена под насыпью Новорязанского шоссе. При помощи проталкивающей установки был выложен аналогичный участок коллектора длиной 72 м в районе Царицыно-Видное в 1962 г. Через месяц после проходки опытный участок на всю длину был подвергнут испытаниям на эксфильтрацию. Однослойный кольцевой коллектор из полимербетона вполне удовлетворительно выдержал испытания. При этом герметичность его была в 2 раза лучше, чем у железобетонного коллектора с футеровочной защитой.
В САНИИРИ (Аликулов П. У.) совместно с НИИЖБ выполнены большие работы по подбору и исследованию составов и технологии изготовления дренажных и водо - водных полимербетонных труб на основе карбамидных смол. Был разработан полимербетон следующего состава, % по массе: щебень фракции 5-10 мм - 47-49; песок фракции 0,15-5 мм - 15-17; наполнитель 10-12; фосфогипс 5-6; карбамидная смола УКС 13-16; отвер - дитель - солянокислый анилин (СКА) 0,6-0,8.
Технология изготовления полимербетонных труб заключается в приготовлении полимербетонной смеси в бетономешалке принудительного действия, в которую загружается дозированное количество смолы, наполнителя, фосфогипса и СКА, смесь перемешивается 2-Змин. Затем загружается песок и щебень и вся масса перемешивается еще 3-4 мин. Общее время перемешивания 5-7 мин. Готовая смесь подается в бункер ленточного питателя. При этом подвижность ее по одадке стандар - тііого конуса должна составлять 3-5 см. Жизнеспособность смеси указанного состава 30-40 мин при температуре окружающего воздуха в пределах 15-25°С.
Для изготовления труб применяются ременные центрифуги, предназначенные для изготовления железобетонных труб. Формтвание производится в стандартных металлических разъемных формах, состоящих из двух полуформ и раструбных колец. Подготовленная форма при помощи траверсы и подъемного механизма устанавливается на ремни центрифуги раструбной частью к питателю. Полимербетониая смесь загружается в форму в два приема с помощью ленточного питателя. Распределение смеси по периметру формы происходит в течение 2-3 мин при частоте вращения формы 150-200 об/мин для малых диаметров и 75-100 об/мин для больших диаметров, уплотнение длится 4--5 мин при скорости 800-850 об/мин для малых диаметров и 500-550 для больших. Остановка формы осуществляется при постепенном снижении оборотов центрифуги в течение 1-1,5 мин. Форма со свежесформованной трубой снимается с центрифуги и переносится в горизонтальном положении в камеру термообработки. Термообработка производится по следующему режиму: выдержка 0,5-1 ч, подъем температуры до 80°С со скоростью 0,5°С/мин, изотермический прогрев при 80°С-6-8 ч. Охлаждение до 20иС - 2 ч. Распалубку труб производят на специальном стенде, па котором после освобождения от формы производят зачистку торцов и контроль ОТК.
Принципиальная особенность формования методом центрифугирования полимербетонных труб на основе смолы УКС заключается в том, что в процессе уплотнения происходит частичное удаление свободной воды и отсутствует выделение связующего иа внутренней поверхности. Частичное удаление воды улучшает структуру полимербетона и его физико-механические свойства, а отсутствует выделение связующего на внутренней поверхности трубы не требует продувки горячим воздухом.
Трубы полимербетонные УКС предназначены для строительства оросительных систем в закрытых коллекторах. Такие трубы могут применяться в агрессивных средах с рН or 3 до 10, водоводах с напором до 0,2 МПа при глубине заложения до 5 м. Опытные участки труб диаметром (>00 мм, заложенные на территории Сырдарь-
Рис. 64. Фрагмент трубы с теплоизоляцией из вспененного полимербетона
Инской области в 1977 г. после 5 лет эксплуатации нарушений не имели.
Известен опыт изготовления партии труб диаметром 600 мм на Светлогорском опытном цехе полимербетонов из полимербетона ФАМ. Технологический процесс изготовления таких труб принципиально не отличается от вышеописанного .
В НИИЖБе при участии Н. А. Азистаева получен новый вид легкого вспененного полимербетона на основе полиизоцианата марки К для теплоизоляции трубопроводов горячего теплоснабжения . Такой полимербетон плотностью 400-500 кг/м3 и прочностью на сжатие 3-4,5 МПа имеет в поперечном сечении переменную (интегральную) плотность, увеличенную в периферийных слоях, что позволило отказаться от антикоррозионного покрытия стальных труб и нанесения гидроизоляционного покрытия на наружную поверхность теплоизоляции (рис. 64). Теплоизоляционный слой прочностью 3-4 МПа, обеспечивая хорошую антикоррозионную защиту сталы - ной трубы, делает возможным использование таких трубопроводов для бесканальной прокладки.
На опытно-промышленной установке «Узремстрой - треста» (г. Ташкент) труба диаметром 114 мм и длиной 12 м укладывается в металлическую форму с внутренним диаметром 219 мм. Полимербетонная смесь готовится в турбулентном циклическом растворосмесителе типа СБ-43Б. Розлив смеси в форму осуществляется с помощью передвижной металлической рамы, установленной вдоль формы. Вспенивание и отверждение смеси происходит в форме при нормальных воздушных условиях.
На этой установке выпущено более 700 м теплоизолированных труб, которые уложены бесканальным способом в засоленных грунтах на участке теплотрассы в г. Янги-Ер.
Институтом сейсмостойкого строительства Госстроя СССР (г. Ашхабад) разработана технология серийного производства аналогичной теплоизоляции трубопроводов вспененным полимербетоном, но на основе фенольных смол. Теплоизоляция может наноситься на трубы дна,- метром от 80 до 400 мм, длиной до 12 м (рис. 65) Производительность линии 10 тыс. м в год.
Большой интерес представляет опыт применения полимербетона ФА для крепления шахтных стволов, проходимых в замороженных породах. На Михайловском железорудном комбинате был забетонирован экспериментальный участок шахтного ствола высотой 20 м при толщине стенки 500 мм. После бетонирования заданного объема проверялась температура разогрева уложенного полимербетона. Через 20-30 мин после укладки на расстоянии 250 мм от замороженной стенки грунта температура полимербетона поднималась до 50-52°С, что указывало на нормальный ход процесса полимеризации. Всего в ствол было уложено 118 м3 полимербетона. Спустя месяц после прекращения работы замораживающей установки полимер бетонная крепь имела плотную и однородную структуру без раковин и трещин. Контрольные образцы-кубы показали прочность 40-45 МПа, что примерно в 2-2,5 раза выше, чем у образцов из цементного бетона.
Полимербетонную смесь готовили в смесительном узле на поверхности и по шарнирным трубам подавали к месту укладки. Хорошая удобоукладываемость обусловливалась большим расходом фурановой смолы (15- 16% по массе). Высокий расход смолы, хотя и обеспечивал высокую подвижность смеси, одновременно существенно повышал стоимость полимербетона. В дальнейшем полимербетон ФА использовали при бетонировании затюбингового пространства многих шахтных стволов калийных рудников в Солигорске и Березниках. В эти стволы было уложено несколько тысяч кубических метров полимербетона.
Производство тюбингов для крепи в угольных шах-
Тах из полимербетона на основе фенолоформальдегидных смол было налажено в объединении «Прокопьевскуголь» в цехе производительностью 1,5 тыс. м3 в год.
Баковая аппаратура занимает особое место во многих отраслях промышленности, в особенности в цветной металлургии, химической, нефтехимической и многих других. Весьма интересен опыт изготовления емкостей на основе полиэфирных смол на Калушском ПО «Хлорвинил». Такие емкости собираются из отдельных полимербетонных царг диаметром 1,6-2 м, армированных преднапряженной стальной арматурой, что позволяет существенно упростить технологию изготовления крупных химически стойких емкостей.
Следует отметить, что конструкции баковой аппаратуры эксплуатируются в очень тяжелых условиях как по агрессивному воздействию среды, так и по воздействию различных температур и нагрузок. Проблема усугубляется тем, что многие конструкции баковой аппаратуры имеют очень большие размеры. Диаметр сгустителей составляет от 9 до 18 мм при высоте более 4 м. Увлажнительные башни при диаметре до 6 м имеют высоту 14-68 м и выше.
Первые опытно-промышленные полимербетонные ванны для электролиза меди, армированные стальной арматурой, изготовлены в 1960 г. на Московском медеплавильном и медеэлектролитпом заводе, Балхашском и Алмалыкском горно-металлургических комбинатах.
На Московском медеплавильном и медеэлектролитпом заводе изготовляли монолитные электролизные ванны размером 2,46X1,02X1,2 м из полимербетона на основе смолы ФАМ, а также сборные полимербетонные ванны, с вкладышами из винипласта или полипропилена. Высокая коррозионная стойкость таких ванн обеспечивала длительный срок их эксплуатации без ремонта.
Однако опыт эксплуатации монолитных сталеполи- мербетонных ванн показал, что они имели ряд существенных недостатков. Как в процессе изготовления, так и при эксплуатации в них появлялись трещины, раскрытие которых приводило к просачиванию электролита и потере эксплуатационной пригодности конструкции. ■
Были установлены следующие причины появления трещин в монолитных ваннах: первые сталеполимербе- топные ванны изготовляли в той же опалубке, что и железобетонные. Из-за усадочных процессов и возникно
вения значительных сжимающих усилий после формования было трудно вынуть внутреннюю часть опалубки. При снятии опалубки появились микротрещины, которые во время эксплуатации расширялись. Возникали высокие напряжения в стенках и днище и углах ванны из-за высокой жесткости опалубки и стальной арматуры. Была отмечена также недостаточная жесткость конструкции ванны в целом и отсутствие методики расчета таких конструкций.
Для избежания образования трещин была изготовлена специальная опалубка с податливым сердечником и откидывающимися бортами и разработана методика расчета . Конструкция занны была усилена, для уменьшения напряжений внутренние углы ванны выполнены с радиусом 125 м.
Применение стальной арматуры для армирования электролизных ванн также связано с возможностью образования трещин. При диффузионной проницаемости электролит со временем вступает в контакт со стальной арматурой и при наличии электрического потенциала на стальной арматуре осаждается цветной металл (медь, цинк), который приводит к нарушению целостности полимербетона и образованию трещин .
Армирование электролизных ванн преднапряжен- ной стеклопластиковой арматуры повышает трещино - стойкость конструкции в процессе изготовления и эксплуатации. Предварительное напряжение стеклопластиковой арматуры составляет 630 МПа, т. е. 45% ее кратковременной прочности.
Таким образом, была создана надежная конструкция монолитных электролизных ванн, серийный выпуск которых был налажен в тресте Казцветметремонт. С 1976 г. изготовляют ванны только со стеклопластиковой арматурой. Такие ванны по многим показателям значительно лучше, чем армированные стальной арматурой.
Осваивается производство различных армополимербетонных емкостей и баковой аппаратуры - сборников кислот, мешалок и др., проводятся работы по изготовлению несущих конструкций подваиной этажерки цехов электролиза ципка .
Внедрение баковой аппаратуры и строительных конструкций из армополимербетона дало возможность отказаться от различных химически защитных футеровок,
&* Зак. 251"
сэкономить 1500 т свинца, значительное количества графитовых блоков и других дефицитных материалов и, что не менее важно, повысить качество получаемых цветных металлов.
Общий объем внедрения армополимербетонных конструкций на предприятиях цветной металлургии составляет более 20 тыс. м3, а годовой экономический эффект от их внедрения около 10 млн. руб. .
Крупногабаритные травильные ванны длиной около 12 м и массой до 80 т действуют на Днепропетровском трубопрокатном заводе имени В. И. Ленина. При изготовлении таких емкостей внутренняя часть опалубки имела податливые компенсаторы усадочных деформаций. Толщину и количество эластичных прокладок определяли расчетным путем с учетом линейной усадки полимербетона. Кроме того, для снижения усадочных напряжений в состав полимербетона вводили пластификаторы.
Для предотвращения образования трещин между фундаментом и днищем травильной ванны предусматривался разделительный слой из двух слоев рулонного гидроизоляционного материала и графитового порошка между ними. Графитовый порошок обеспечивает свободное скольжение днища ванны по основанию во время усадочных деформаций и в результате температурных деформаций в процессе эксплуатации .
В травильном отделении завода все травильные ванны с металлическими корпусами и многодельной футеровкой из кислотоупорного кирпича на андезитовойзамазке были заменены на полимербетонные. Эксплуатация травильных полимербетонных ванн, содержащих 20%-ную серную кислоту с температурой 45-50°С показала, что полимербетон принятого состава обладает высокой химической стойкостью, хорошей сопротивляемостью истиранию и ударным воздействиям. На этом же заводе внедрены технологические резервуары для горячей (до 70°С) серной кислоты до 40%-ной концентрации.
Иа Солпгорском калийном комбинате более 3 лет успешно jknviyaтируются загрузочные бункера из ар - мополнмербетона размерами 3X1 и 2x1,5 м при толщине стенок 80 мм. Ранее использовались металлические бункера из стали толщиной 8 - 10 мм. Из-за интеп-
Рис. 66. Измерительные п, шты щ полные; беюпа на основе ФАЭД (.
Зарубежный опыт. Промышленное полимербетонных изделий и конструкций в зарубежных странах сначала развивалось в направлении выпуска декоративно-отделочных и облицовочных материалов и изделий, применяемых в строительстве жилых и общественных зданий. При этом изготовление декоративно - отделочных плит, подоконных досок, лестничных маршей и тому подобных изделий осуществлялось несколькими, принципиально различными способами: 1) приготовление полимербетонпой смеси, непрерывное формование плоской лепты заданной толщины, термообработка, обрезка продольных кромок по ширине и разрезка па заданную длину с последующей шлифовкой и полировкой лицевой стороны плитки; 2) приготовление поли- мербетопноіі смеси, формование плит в вертикальных многосекциоиных кассетах, термообработка, шлифовка и полировка лицевой поверхности; 3) приготовление полимербетонпой смеси в смесителях периодического действия, формование блоков длиной 1500-2000 мм с заданными геометрическими размерами по сечению, термообработка, распиловка блоков на многоиильных станках на необходимую толщину плиток с последующей шлифовкой и полировкой лицевой поверхности.
В настоящее время третий способ находит все большее распространение. При этом некоторые фирмы для снижения пористости и улучшения физико-механических свойств блоков и соответственно готовых плиток применяют новый способ формования, заключающийся в том, что в опалубку загружают сухую смесь заполнителей с последующим нагнетанием в закрытую форму по-
Рис. 67. Станина станка из полимербетона на основе смолы ЭД-22
Лимерного связующего, состоящего из смолы, отвердителя и наполнителя.
Представляет интерес опыт французской фирмы «Перодо», которая спроектировала и изготовила полуавтоматическую линию (рис. 68) для массового производства листового полимербетона толщиной от 8 до 25 мм, имеющего фирменное название «Берок». Листовой полимербетон при толщине 8-10 мм используется в качестве наружного облицовочного слоя трехслойных па - нелеп, а при толщине от 12 мм и выше - для пространственных несущих конструкций таврового или коробчатого сечения, склеиваемых из плоских элементов.
Промытый кварцевый песок со склада 1 конвейером подается в сушильный барабан 2 (/=150°С), а затем в охладительный барабан 3 (г=80°С). Из второго барабана песок элеватором направляется в бункер-накопитель 4. Во втором бункере 5 хранится кварцевая мука. Песок и кварцевая мука (73% по массе песка и 20% по массе кварцевой муки) при помощи весовых дозаторов 8 подаются в специальный смеситель 9. Сюда же одновременно поступает эпоксидная смола (5%) и амииный
Отвердитель (2%), которые хранятся в бункерах 6 и 7. Перемешанная масса выгружается в распределительный бункер 10, из которого она равномерно шириной примерно 3 м распределяется на бумажном листе, укладываемом на стальные плиты конвейера. Затем масса калибруется двумя парами валков 11 и обжимается третьей парой валков 12 с удельным давлением 16 МПа. Сформованный лист попадает в камеру термообработки 13. Термообработка проводится при 80°С в течение 1,5- 2 ч. После камеры термообработки алмазными пилами обрезаются боковые кромки. Далее лист разрезают па нужные размеры и с помощью вакуумных захватов снимают с конвейера. Скорость движения конвейера 1 - 2 м/мші. Меньшая скорость предусмотрена для плит толщиной более 12 мм. Производительность линии при ширине листа 2,7 м 160-320 м-/ч.
Техническая характеристика листового полимербетона «Перок»
Плотность, кг/м3 . . . ............................. 2200
Предел прочности, МПа:
При сжатии ] 20-150 "
» изгибе. ...-...„,., 27-(40
» растяжении......,„,. 12 - 27
Модуль упругосїн при сжанін................... 45-101
Коэффициент температурных деформаций.(12.5--15.6) 10~е Долговечноеіь (но данным ускоренных ІІС - иыташш), год:>1 .......................................................... 20
В последние годы фирмы Японии, США, ФРГ н других высокоразвитых зарубежных стран приступили к промышленному производству полимербетонных строительных конструкций . Так, японские фирмы «Мепхаи резин копкрнт иидусгрнз», «11уо козап». «Ппшинихон козап» и др. организовали промышленный выпуск колодцев для кабельных линий из полимербетонов па полиэфирных смолах (рнс. 69, а). Их суммарное производство составляет 20 000 т в год. Полимербетонные трубы (69,6) выпускают фирмы «Хокусан Резин - коп», «Куримато айрон уорикс» п др. Піні этом производство полимербетонных груб осуществляется двумя способами: центрифугированием и методом экструзии. Трубы, изготавливаемые методом экструзии, представляют в поперечном сечении слоистую конструкцию из полимерраствора, армированного стекловолокном . Выпуск таких труб достигает 30 000 т в год.
В Японии построены три станции для измерения земного магнетизма с использованием полимербетонных панелей, армированных стеклопластиковой арматурой.
Осваивается также производство лотков, крышек для люков колодцев телефонных кабелей и водосточных желобов, тротуарных плиток, черепицы и других изделий и конструкций из полиэфирных полимербетонов.
Западногерманская фирма «Гралитбетон» разработала новый вид мелкозернистого полимербетона с расходом полимерного связующего около 5% и освоила промышленное производство строительных изделий и конструкций довольно широкой номенклатуры, начиная от стеновых блоков, панелей и перегородок и кончая тротуарными и отделочными плитками и другими изделиями.
Технологический процесс получения изделий и конструкций ил і"ралптбетона состоит из следующих основных операции: песок, полимерное связующее и, при необходимости, красители смешиваются в турбулентном смесителе. Затем. в специальных формах, имеющих на-
Гревательпые устройства, смесь виброформуетси и прессуется. Время термообработки после виброформоваиии составляет 20-30 мин. Гралитбетои имеет следующие основные характеристики; плотность 1600 кг/м3, прочность на сжатие 35-40 МПа, прочность па изгиб 11 - 12 МПа. Недостаток этого вида полимербетона - высокое водопоглощепие - до 16% и, как следствие, низкая морозостойкость, поэтому фирма в основном ориентируется на производство изделий и конструкций из гралитбетона в странах Ближнего Востока (Саудовская Аравия, Кувейт, Израиль и др.). Гралитбетон представляет несомненный интерес для использования на юге
Советского Союза и, в первую очередь, в Туркмении и Узбекистане.
В США полимербетоны применяются во многих отраслях строительства, но наиболее распространены полимербетоны на нолнэфирных и фепольных смолах и мономерах винилового ряда [ 157, 161 166J. Например, фирма «Амоко Течейт» выпускает полимербетонные трубы диаметром от 300 до 3000 мм с толщиной стенки 8- 15 мм. Исходными материалами для труб являются полиэфирная смола с соответствующими отвердителями (26-35%), кварцевый песок фракции 0,2-0,5 мм (40-45%) и стекловолокнистые армирующие материалы- стекложгут, стеклохолст и др. (30-35% по массе).
Основная операция при производстве труб фирмы «Амоко Течейт» - процесс послойного нанесения на вращающийся стальной сердечник в поперечном направлении стекложгутов и в продольном-стеклохолста, предварительно пропитанных полиэфирным связующим. В процессе намотки полиэфирная смола наполняется сухим песком путем его непрерывной посыпки из специального бункера. В качестве противоадгезиониого слоя на стальной сердечник перед намоткой стеклоар - матуры навивают целлофановую или лавсановую пленку.
Термообработка труб осуществляется в течение 60- 90 мин при 160-170°С в термокамерах вместе состаль - ными сердечниками. После термообработки металлические сердечники извлекают с помощью гидродомкратов с предварительной подачей во внутреннюю полость сердечника сжатого воздуха при давлении 3-5 МПа, через отверстия, имеющиеся в цилиндре, для отрыва внутренней стенки трубы от сердечника.
Готовые трубы проходят гидравлические испытания при давлении до 20 атм. При гидравлическом испытании до разрушения трубы выдерживают от 4 до 6 МПа.
В зависимости от диаметра и напорности стоимость труб колеблется примерно от 30 до 100 долларов за 1 м.
В среднем в пересчете на трубы диаметром 1500 и длиной 6100 мм производительность завода составляет 100 м труб в смену. По данным фирмы, долговечность таких труб не менее 50 лет. Выпускаемые трубы успешно конкурируют со стальными, асбестоцементными и железобетонными. Трубы этой фирмы используются в напорных магистралях, для сброса агрессивных стоков в очистные сооружения и перекачки рапы (рис. 70),
Рис. 70. Трубы, выпускаемые американскими фирмами для перекачки солевых растворов (рапы)
Как обсадные трубы при бурении скважин, в трубопроводах для перекачки нефти.
Компания «Бондейт» разработала и выпускает отделочные плиты и стеновые панели из полимербетона на основе фснольных смол и органических наполнителей в виде древесных опилок, скорлупы орехов, шелухи риса и т. п. Полимербетоны на органических наполнителях имеют небольшую плотность при прочности на сжатие до 40 МПа. В этой же фирме разработаны технология и специализированное оборудование для производства полимербетонных дренажных труб, радио - иепрозрачных плиток и блоков с углеродсодержащими наполнителями, а также полимербетона на основеММА для объектов военного назначения, в том числе для строительства спецпомещений и оперативного ремонта взлетно-посадочных полос аэродромов.
Электроизоляторы из полимербетонов на основе полиэфирных смол взамен фарфоровых выпускает компания «Лиидеей Ипдастрис». Испытания таких изоляторов показали, что они выдерживают напряжение до 250кВ, в то время как у фарфоровых изоляторов аналогичных размеров при 235 кВ наблюдается электропробой.
В Брукхейвенской нациоЕіальной лаборатории разработаны новые термостойкие составы полимербетона на основе комплексного связующего следующего состава, %: стирол - 50, акрилонитрил - 35, акрилоамид -5 и
Цившшлбензол ~ 10. В качестве наполнителя попользовали песок. Такие полимербетоны обладают высокой прочностью и термостойкостью. После выдерживания в солевом растворе при 23!W. п течение 240 гут образцы не только пс снизили прочноег. ных характеристик, по даже увеличили. Контрольные образцы имели прочность на сжатие 181 МГІа после испытаний 204 МПа.
Американские специалисты считают, что одной из рациональных областей применения термостойких полимербетонов могут быть трубы для геотермальных установок с температурой подземных вод, содержащих большое количество минеральных солей, до 350°С .
Во многих странах большой интерес вызывает применение полимербетонов в электротехнической промышленности, машино - и станкостроении для замены фарфора и других изоляционных материалов, серого чугуна или стальных сварных конструкций. Например, в электротехнической промышленности полимербетон как материал, обладающий высокими диэлектрическими характеристиками, используют для изготовления различного вида изоляторов, кабельных муфт, смотровых колодцев, плит для распределительных щитов, шкафов для разводки электрических сетей, ящиков для счетчиков и др.
В машиностроении из полимербетона на основе полиэфирных смол изготовляют корпуса редукторов, центробежных насосов и других корпусных конструкций взамен серого чугуна . При достаточно высоком качестве оснастки гнезда под подшипники формуются с высокой точностью и не требуют дополнительной механической обработки. Использование полимербетонов в машиностроении существенно упрощает технологию, позволяет резко сократить трудоемкость, так как отпадают операции механической обработки, а использование 1 т полимербетона обеспечивает экономию около 4 т литейного чугуна.
Однако наибольший эффект был получен при использовании полимербетонов для изготовления станин высокоточных- прецизионных станков. Это объясняется тем, что при значительном увеличении скорости резания и соблюдении, а во многих случаях и значительном повышении точности обрабатываемых деталей одним из сдерживающих факторов является низкая демпфирую-
Іцая характеристика чугунных или стальных станиіі станков .
Многочисленные исследования швейцарских и западно-германских специалистов показали, что многие виды полимербетонов обладают очень высокими демпфирующими характеристиками (рис. 71), а их использование в корпусных деталях станков позволяет резко повысить точность и производительность.
Швейцарская фирма «Штудер» одна из первых организовала изготовление станин шлифовальных станков из полимербетонов на основе эпоксидных смол. Затем полимербетоны на различных смолах стали использоваться для изготовления базовых деталей шлифовальных, фрезерных, координатно-расточных и других точных станков, а также измерительных плит в ФРГ, Англии и Японии .
Комплексные исследования полимербетонов для использования в станкостроении проводятся в ФРГ в следующих основных направлениях: разработка и совершенствование полимерных материалов для полимербетонов (фирма «Рем»); совершенствование машин и оборудования для приготовления качественного полимер (фирмы «Респекта» АДМ и др.); исследования различных видов полимербетонов (технологические институты в Дармштате и Ахене).
Различные фирмы и организации, участвующие в этих работах, довольно тесно связаны между собой на основе научно-технических и коммерческих интересов.
По данным вышеуказанных институтов ФРГ, наиболее перспективны полимербетоны на основе полиэфирных смол и особенно на основе мономера метилметакрилате. Эти виды полимербетонов имеют по сравнению с цементными и другими видами полимерных бетонов следующие преимущества: более высокий предел прочности на сжатие и растяжение, возможность изготовления базовых деталей без стальной арматуры, более краткий цикл изготовления деталей; возможность использования полимербетонов непосредственно на рабочих поверхностях, например, в измерительных плитах, высокую стойкость к воздействию внешней среды (масла, смазочно - охлаждающих жидкостей и т. д.) и, как следствие, отсутствие их специальной защиты; возможность крепления стальных направляющих и закладных деталей как в процессе формования базовых деталей, так и путем при-
Рис. 71. Демпфирующие характеристики чугунной (а) и полимербетонной (б) станины станка
Клеивания к готовым станинам, высокие демпфирующие характеристики.
Фирма «Респекта» приступила к серийному выпуску второго поколения машин типа ДВ-31, ДВ-71 и ДВ-101, для непрерывного приготовления полимербетонных смесей, в которых учтен многолетний опыт эксплуатации ранее выпускавшихся машин, технологические особенности новых видов полимербетонов и последние технические достижения. Эти машины в наибольшей степени отвечают возможности качественного изготовления базовых деталей станков .
В отличие от ранее выпускавшихся у этих машин пульт управления упрощен и смонтирован в верхней части, что позволило существенно уменьшить габаритные размеры. Шнековое устройство выполнено из специальных сталей и твердых сплавов, позволяющих ис-
Пользовать горные породы высокой твердости ВПЛОТЬ до корунда, карбида кремния и стальных фибр длиной до 30 мм. Кроме того, машины типа ДВ-71 снабжены специальным устройством для резки стекложгутов и подачи стеклофибр в шнековое устройство, что обеспечивает возможность при необходимости осуществлять дисперсное армирование полимербетона. Производительность машин ДВ-31, ДВ-71 и ДВ-101-30, 70 и 100 кг/мин соответственно.
Значительное внимание полимербетонам уделяется и в странах социалистического содружества Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Чехословакии и др. Например, в Болгарии исследовались легкие и тяжелые полимербетоны на полиэфирных смолах, в Румынии - мелкозернистые полимербетоны на основе фурановых смол и по - лнмеррастворы для монолитных химически стойких полов на основе модифицированных эпоксидных смол, в Чехословакии- полимербетоны на основе фурановых смол и фурилового спирта. К наиболее интересным работам в Чехословакии относят изготовление трубопроводов для сброса агрессивных промышленных стоков из полимербетонных колец диаметром 1350, длиной 3000 и толщиной стенки 40 мм, а также двухслойных труб диаметром 1800 и длиной 2000 мм с внешним слоем из цементного бетона и внутренним слоем толщиной 20-30 мм из полимербетона, выполненных методом последовательного центрифугирования или вертикального виброформования.
Полимербетон был применен при строительстве нового магистрального канализационного коллектора, пересекающего Прагу с юга на север . Общая длина этого коллектора более 11 км. Внутренний диаметр коллектора на различных участках 2000-3600 мм. На специализированном предприятии методом вибропрессования изготовляли сегменты заданной кривизны из полимербетона на фурановых смолах длиной 1490 и шириной 900-1000 мм. Масса каждого сегмента 60-70 кг.
Эти сегменты собирали на специально разработанной сборно-разборной металлической опалубке длиной до 3000 мм, наружный диаметр которой соответствовал внутреннему диаметру заданного участка коллектора. Сегменты стягивали проволокой, стыки между сегментами заделывали временными резиновыми прокладками. Затем опалубку вместе с сегментами устанавливали па место монтажа краном, если коллектор проходил в открытой траншее, или перемещали с номощыо специальных тележек, если коллектор прокладывали в туннеле. Смонтировав две-три секции опалубки, производили бетонирование коллектора цементным бетоном.
После набора бетоном достаточной прочности конструкцию опалубки переводили в транспортное положение и с помощью автокара вывозили из коллектора. Затем резиновые прокладки убирали и стыки между сегментами заделывали полимерраствором на основе эпоксидных смол.
По сравнению с первоначальным вариантом проекта, в котором защитная облицовка внутренней поверхности коллектора предусматривалась из кислотоупорного кирпича, в принятом варианте трудоемкость строительства уменьшилась в 3 раза при прокладке коллектора в туннеле и в G раз при прокладке в траншеях. Экономия рабочей силы составила 70%.
Далеко не полный обзор применения полимербетонов в Советском Союзе и в развитых зарубежных странах показывает, что эти новые и прогрессивные материалы используются в различных областях строительства. При этом номенклатура изделий из полимербетонов непрерывно расширяется.
Несмотря на разнообразие форм обрабатываемых поверхностей, можно установить общую последовательность обработки заготовок на токарном станке с ЧПУ:
1) подрезание торца;
2) центрование (если сверло имеет диаметр меньше 20 мм);
3) сверление;
4) черновая обработка основных поверхностей;
5) черновая обработка дополнительных поверхностей;
6) чистовая обработка этих же дополнительных поверхностей, так как она может выполняться, как правило, тем же инструментом, что и черновая обработка;
7) чистовая обработка дополнительных поверхностей, не требующих черновой обработки;
8) чистовая обработка основных поверхностей.
При обработке заготовки, установленной в центрах, первые три перехода (или рабочих хода) исключаются.
Важной и ответственной задачей при проектировании технологического процесса обработки на токарных станках с ЧПУ является обоснованный выбор режимов резания. Следует иметь в виду, что для большинства токарных станков с ЧПУ не предусмотрена возможность ввода коррекции режимов резания с пульта УЧПУ для каждого отдельного перехода, коррекции рабочих подач возможны только для всей программы в целом. Поэтому для станков с ЧПУ в управляющей программе следует задавать наиболее рациональные для каждой зоны обработки режимы резания.
Практикой выработаны определенные правила выбора таких режимов резания. Так, при черновой обработке основных поверхностей режимы следует назначать исходя из полного использования возможностей инструмента и станка, так как от черновых переходов в основном зависит производительность выполнения операции. При обработке стали максимально допустимая подача корректируется затем с целью удовлетворительного формирования стружки.
При наличии биения заготовок подачу на участке первого входа резца в металл следует снижать на 20-30% для предотвращения сколов режущих кромок. Скорость резания обычно выбирают по нормативам режимов резания для станков с ЧПУ, с учетом экономически целесообразной стойкости инструмента. Режимы резания для чистовой обработки основных поверхностей назначают с учетом требований к их шероховатости и точности.
По установленным режимам резания, которые должны быть согласованы с паспортными данными станка, находят основное время выполнения технологических переходов. Полученные результаты заносят в операционную карту (по ГОСТ 3.1404-74), которая является первичным документом. В ней указываются также наименование операции, выполняемые переходы обработки, приводится операционный эскиз, указываются используемый станок, шифры приспособления и инструмента и др.
Данные операционной карты используются в дальнейшем при составлении расчетно-технологической карты, являющейся исходным документом для программирования обработки, а также при разработке карты наладки станка 38.виды станин и предьявляемые к ним технические требования
Станиной называют базовую часть станка, на которую устанавливают и закрепляют (по-другому, монтируют) все составляющие его механизмы и узлы. Именно относительно нее происходит перемещение и ориентация подвижных агрегатов и устройств. Станины должны отвечать определенным требованиям:
- обеспечивать длительное правильное взаимное расположение всех устройств, которые смонтированы на ней. Причем на любых рабочих режимах станка, если соблюдаются нормальные эксплуатационные условия;
- оказывать минимальное влияние на точность работы станка. Для выполнения этого требования необходима большая масса, которая обеспечит нужную жесткость и способность к поглощению возникающих вибраций;
- направляющие, которые служат для обеспечения перемещений, должны быть устойчивы к быстрому изнашиванию.
Конструктивные размеры и формы станин зависят от их назначения, материала и способа изготовления (литьем или с помощью сварных соединений). Для станков разных типов проектируются следующие конструктивные формы станин:
К точности изготовления направляющих станины предъявляются повышенные требования, так как именно от точности зависит не только качество и точность общей сборки самого станка, но и точность его дальнейшей работы. Формы направляющих станины могут быть плоскими, треугольными, призматическими, цилиндрическими и комбинированными. Основные технические требования, предъявляемые к точности изготовления станин, следующие:
- отклонение от прямолинейности и параллельности не более 0,02 мм на длине в 1 метр;
- отклонение по изогнутости или извернутости не более 0,05 мм на 1 метр;
- отклонение неперпендикулярности поверхности 0,01-0,02 мм на длине в 1 метр;
- отклонение по шероховатости поверхности направляющих не более 0,4-0,8 мкм.
· 39.методы получения заготовок станин
· Для изготовления станин и рам используются: чугун СЧ15, СЧ21 и СЧ32, Ст. 3, Ст. 5. Накладные планки для направляющих изготавливают из стали 20Х.
· Станины из чугуна получают литьем в земляные формы, в мелкосерийном и серийном производстве - ручной формовкой по деревянным моделям, в крупносерийном и массовом производстве - машинной формовкой по металлическим моделям.
· Для ответственных станин необходимо производить старение отливок (естественное или искусственное). Естественное старение заключается в вылеживании заготовок в течение определенного промежутка времени (3-6 месяцев).
· Искусственное старение осуществляется нагревом или вибрациями.
· Старение производится для снятия остаточных напряжений в заготовке, которые приводят к их короблению.
· Станины и рамы из стали обычно получают сваркой.
· В последнее время станины некоторых станков изготавливают из бетона, железобетона и полимербетона. Их отливка осуществляется в деревянные или металлические формы с последующим уплотнением вибраторами.
· Заготовки станин бывают:
· – литые;
· – сварные;
· – из бетона (бетон, железобетон, полимербетон – для тяжелых станков).
· Литые заготовки станин должны обладать высокой износостойкостью и твердостью монолитных направляющих, не допустим отбел чугуна в тонких стенках, приводящий к большим напряжениям, короблениям, трещинам.
· Отбеливание чугуна – получение белого чугуна, обладающего повышенной твердостью и износоустойчивостью, путем местного увеличения скорости охлаждения отливки при помощи установки в форму металлических вставок-холодильников.
· Удовлетворение противоречивых требований к массивным направляющим и тонким стенкам отливки станины может быть обеспечено несколькими путями:
· 1) использованием высококачественных чугунов;
· 2) использованием специальной технологии литья;
· 3) уменьшением разницы в толщине направляющих и стенок станины;
· 4) упрочняющей обработкой направляющих, например, закалкой;
· 5) применением накладных направляющих.
· 3.1.3. Изготовление литых заготовок станин
· Общая последовательность изготовления литых заготовок станин представлена на рис. 27.
· Для станин широко используется модифицированный чугун. Для получения высококачественных отливок применяют нелегированный чугун оптимизированного состава марок СЧ20, СЧ25, СЧ30, серый легированный чугун монолитных направляющих. Уменьшить расход легированных элементов можно путем поверхностного легирования, при котором пасту с легирующими элементами наносят на поверхность формы в местах направляющих до заливки чугуна, а также послойной заливкой в форму сначала легированного чугуна под направляющие, а затем нелегированного чугуна.
·
· Рис. 27. Последовательность изготовления литых заготовок станин
· В местах направляющих устраивают холодильники (плоские, ребристые и шиповидные чугунные плиты). Это ускоряет охлаждение направляющих, что повышает их твердость, а также предохраняет форму от размывов при заливке чугуна. Крупные дефекты заваривают газовой или дуговой сваркой с предварительным нагревом основного металла ( С). Мелкие – сваркой без предварительного нагрева заготовки или с незначительным нагревом ( С).
· 3.1.4. Изготовление сварных заготовок станин
· Сварные станины изготовляют из листовой стали марок Ст3, Ст4, Ст5 и других толщиной мм. Тонкостенные станины из листов мм менее металлоемки по сравнению с толстостенными из листов мм, но сложнее в изготовлении из-за большого числа перегородок и ребер, необходимых для обеспечения требуемой жесткости.
· Процесс изготовления сварных станин состоит из нескольких этапов:
· 1) подготовки набора деталей;
· 2) сборки деталей и соединения их сваркой;
· 3) снятия остаточных напряжений;
· 4) обработки станины;
· 5) окраски и отделки.
Рамы транспортных машин изготовляют преимущественно сварными 40.литые станины
Литые станины и выступающие ее части не должны иметь острых (прямых) углов, а также заусенцев и следов литейного шва. Кромки наружных граней выступающих частей нужно закруглить по радиусу не менее 10 мм либо снять с них фаски.
Литые станины при прочих равных условиях более виброустойчивы, так как чугун имеет большой коэффициент внутреннего трения и обладает способностью гасить возникающие колебания. Однако стремление снизить вес станины, который в литых конструкциях достигает 30 % от веса станка, заставляет конструкторов изыскивать возможность применения сварных станин.
Литые станины обычно применяют при крупносерийном производстве станков, сварные - при необходимости быстрого изготовления одного или нескольких станков.
Литые станины изготовляют из стали или сталистого чугуна, клепаные собирают из стальных листов и профилей. Мостовые ковочные молоты, выпускаемые в нашей стране, имеют сварной мост, установленный на двух круглых сварных колоннах, прикрепляемых к фундаментным чугунным плитам.
Литая станина приспособлена для установки и крепления пневматического клиньевого захвата. Это позволяет механизировать захват и освобождать колонны бурильных и обсадных труб при выполнении спуско-подъемных операций.
Литая станина 1 коробчатой формы нижней частью крепится к чугунной плите. Внутри-станины размещается бак с абразивной суспензией и элементы управления ультразвуковой головкой. Доступ к внутренним полостям станины осуществляется через дверь и окна, закрытые съемными крышками.
Литые станины представляют собой чугунную трубу с ребрами. Сварные станины в зависимости от выбранного способа охлаждения машины могут иметь одно из следующих трех конструктивных исполнений: первое - гладкая сварная стальная труба; второе - стальная сварная труба с ребрами; третье - сварная конструкция, состоящая из трех цилиндров; между двумя соединенными между собой ребрами цилиндров спрессован статор, поверх надет третий цилиндр.
Литые станины могут быть целесообразны лишь для прессов с Рн S 100 - т - 160 тс.
Литая станина весит 685 кг, штампо-сварная - 105 кг.
Литые станины чаще всего делают с разъемом по горизонтальной плоскости 41.сварные станины
Сварные конструкции должны иметь достаточную толщину профилей и оснащаться ребрами жесткости для уменьшения возможных вибраций. В этом смысле предпочтение нужно отдать литым конструкциям, отличающимся большей жесткостью.
Сварные станины , у которых толщина стенок отличается от толщины соответствующих литых станин меньше чем в 1 5 раза, относятся к толстостенным. Толстостенные сварные станины станков средних размеров обычно имеют толщину стенок - 10 мм. Такие станины наиболее просты в изготовлении, но с точки зрения экономии металла наименее эффективны. Конструктивные формы толстостенных сварных станин принципиально тождественны формам литых.
Сварные станины выгодно отличаются от литых тем, что, обеспечивая ту же жесткость, они обладают большей износостойкостью и меньшей металлоемкостью. Как правило, направляющие сварных станин изготовляют из специального профильного проката, а основание, ребра жесткости, корыто и другие составные части - из листовых штамповок, собираемых и свариваемых в специальных поворотных приспособлениях.
Сварная станина / ножниц, состоящая из двух ооковых стенок связанных между собой ребрами жесткости 2, служит основанием ножниц.
Сварная станина 25 генератора изготовлена из толстолистовой стали СтЗ и имеет цилиндрическую форму. Одним концом с центрирующим буртом 24 станина генератора прикреплена непосредственно к большому фланцу картера дизеля. На раму тепловоза генератор опирается лапами 26 (через пружины), приваренными к станине, проушины в верхней части станины служат для подъема генератора. Машина выполнена с самовентиляцией, встроенное вентиляторное колесо закреплено на корпусе якоря. Воздух для охлаждения генератора засасывается вентилятором 21 из капота через отверстия в подшипниковом щите. Со стороны дизеля станина имеет закрытые сетками отверстия для выхода нагретого воздуха. Катушки главного полюса имеют независимую и пусковую обмотки. Непосредственно на каркас катушки уложена пусковая обмотка (см. табл. 3.2), а обмотка независимого возбуждения укладывается поверх пусковой.
Сварные станины исключительно просты в изготовлении и дешевы, но их использование требует для увеличения коэффициента виброизоляции, особенно на большегрузных машинах с малым фактором разделения, увеличения массы установкой дополнительного постамента.
Сварная станина 1 дробилки образована передней и двумя боковыми стенками коробчатого сечения и задними поперечными балками.
Сварные станины делают из листовой или фасонной прокатной малоуглеродистой или низколегированной стали, а также литых и кованых заготовок.
Сварные станины получаются более дешевыми, чем станина литой стали; чугунные же станины з цене конкурируют со сварными.
Сварные станины широко применяются при изготовлении прессов, станков, двигателей.
Сварная станина пресса с усилием 400 Т состоит из листов толщиной 15 - 20 мм. Такая конструкция значительно легче литой и технологичней. При обеспечении достаточной жесткости в ней наиболее выгодно распределены местные напряжения, возникающие при сварке.
Сварные станины дают возможность уменьшить вес машины, лучше использовать материал и дать большую жесткость машине, которая играет значительную роль в получении более чистого реза.
Каркасная сварная станина для горизонтально расположенных роторов показана на фиг. Роторы в такой станине монтируют на любых расстояниях друг от друга на привертных поперечинах или непосредственно на стойках станин, к которым крепят фланцы подшипниковых опор и стаканы копиров роторов.
Верхняя сварная станина пресса 4000 т состоит из следующих есновных элементов: двух стоек из проката толщиной 60 и 80 мм.
Сварная станина шлифовального станка представляет собой сварную конструкцию коробчатого сечения.
Поэтому сварные станины получают более широкое применение. Для тяжелых уникальных станков имеется опыт создания железобетонных станин.
Для сварных станин это обычно не представляет слишком больших труд 42.станины из бетона и полимербетона
Достоинства станин из полимер-бетона в сравнении с чугунными:
§ Увеличение производительности станков за счет снижения собственных частот в 1,5-2 раза
§ Увеличение качества поверхности и точности обработки.
§ Экономия металла более 50%
§ Полная коррозионная стойкость станин
§ Нечувствительность станин к термоудару
При таких условиях современный полимер-бетон стал идеальным материалом для производства станин и других корпусных изделий в станкостроении. Он является достаточно прочным, для изготовления станин, и в тоже время показывает гораздо лучшую в сравнении с литыми узлами статическую и динамическую жесткость. Он обладает высоким коэффициентом демпфирования, малой теплопроводностью (практически нечувствителен к термоудару и кратковременному нагреву), коррозионной стойкостью, отсутствием внутренних напряжений. В многочисленных научных статьях и трудах имеется информация, что замена только лишь материала станины в некоторых станках на станину из полимер-бетона позволило на 1-2 класса увеличить чистоту поверхности и точность.
Области применения полимер-бетона:
Область применения | Типовые детали | Технико-экономические преимущества |
Базовые детали станков | Станины, стойки, основания, рамы, тумбы, траверсы, колонны | |
Корпусные детали | Шпиндельный бабки, корпуса редукторов, столы, суппорта | Повышение виброустойчивость и точности, снижение уровня шума, экономия металла и электроэнергии, улучшение условий труда и экологии, снижение трудоемкости изготовления |
Детали измерительной и специальной техники | &Измерительные плиты, угольники, подставки, стойки, аэростатические направляющие | Замена природного гранита, снижение трудоемкости, экономия алмазного инструмента, возможность создания принципиально новых конструкций |
Детали, работающие в агрессивных средах | Ванны, детали электрохимических станков, базовые детали специальных машин | Экономия коррозионно-стойких сталей, сокращение трудоемкости изготовления, снижение уровня шума |
Штамповав оснастка | Пуансон и матрицы для гибки и вытяжки крупногабаритных деталей | Резкое снижение трудоемкости изготовления |
Державки режущего инструмента | Токарные резцы, борштанги, фрезы | Повышение стойкости инструмента, точности обработки и качества поверхности деталей |
· Полимерцементный бетон - В полимерцементных материалах в бетонную или растворную смесь добавляют в небольших количествах (5…15 % от массы цемента) полимер, хорошо совместимый с цементным тестом. Этому соответствуют водорастворимые олигомеры, отверждающиеся в процессе твердения бетона (например, водорастворимые фенол-формальдегидные полимеры) или чаще водные дисперсии полимеров (поливинилацетата, синтетических каучуков, акриловых полимеров и др.). Полимерцементные растворы и бетоны отличаются высокой адгезией к большинству строительных материалов, низкой проницаемостью для жидкостей, очень высокой износостойкостью и ударной прочностью. Применяют полимерцементные материалы для покрытий полов промышленных зданий, взлетных полос аэродромов, наружной и внутренней отделки по бетонным и кирпичным поверхностям, в том числе для приклеивания керамических, стеклянных и каменных плиток, устройства резервуаров для воды и нефтепродуктов.
· Пластобетон - разновидность бетона, в котором вместо минерального вяжущего использованы термореактивные полимеры (эпоксидные, полиэфирные, фенолформальдегидные и др.). Полимербетон получают смешиванием полимерного связующего и заполнителей. Связующее состоит из жидкого облигомера, отвердителя и тонкомолотого минерального наполнителя, необходимого для уменьшения расхода полимера и улучшения свойств полимербетона. Твердеют полимербетоны при нормальной температуре в течение 12…24 ч, а при нагревании - еще быстрее. Главнейшее свойство пластобетона - высокая химическая стойкость в кислотных и щелочных средах. Пластобетоны обладают высокой прочностью (Ясж = 60… 100 МПа, ЯИзг~2О…4О МПа), плотностью, износостойкостью и отличной адгезией к.другим материалам. Наряду с этим пластобетоны характеризуются повышенной деформативностью и невысокой термостойкостью. Их стоимость намного выше стоимости обычного бетона, но несмотря на это, полимербетоны эффективно используют для устройства защитных покрытий и изготовления конструкций, работающих в условиях химической агрессии (химические и пищевые предприятия), ремонта каменных и бетонных элементов (восстановление поверхности, заделка трещин и т. п.).
· Бетонополимер - представляет собой бетон, пропитанный после затвердевания мономерами или жидкими олигомерами, которые после соответствующей обработки (например, нагревания) переходят в твердые полимеры, заполняющие поры и дефекты бетона. В результате этого резко повышается прочность бетона (ЯСж ДО 100 МПа и более) и его морозостойкость и износостойкость. Бетонополимер практически водонепроницаем. Для получения бетонополимера главным образом применяют стирол и метилметакрилат, полимеризующиеся в бетоне в полистирол и полиметилметакрилат.
Полимерные связующие[править | править вики-текст]
Термореактивные полимерные вещества, используемые в строительстве в качестве связующих, обычно представляют собой вязкие жидкости, называемые не совсем правильно «смолами». В химической технологии "nи продукты частичной полимеризации (с молекулярной массой в пределах 100…1000), имеющие линейное строение молекул и способные к дальнейшему укрупнению, получили название олигомеров. К термореактивным олигомерным связующим относятся, например, эпоксидные и полиэфирные смолы, олифы, каучуки в смеси с вулканизаторами и т. п.
В зависимости от агрегатного (физического) состояния полимерные связующие могут быть:
· вязкими жидкостями: олигомерные (эпоксидные, полиэфирные и др.) и мономерные (фурфурольные, фурфуролацетоновые и др.)связующие;
· водными дисперсиями полимеров (латексы синтетических каучуков, поливинилацетатная и полиакрилатная дисперсии и др.);
· порошками и блочными продуктами (гранулы, листы, пленки): полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, полиметилметакрилат.
Один и тот же полимер в зависимости от метода синтеза может иметь различное физическое состояние. Так, полистирол может быть в виде гранул, тонкозернистого порошка, раствора в органических растворителях и водной дисперсии.
Для получения полимерцементных материалов наиболее удобны водные дисперсии полимеров и водорастворимые порошкообразные полимерные продукты; для полимербетонов и полимеррастворов - жидковязкие олигомеры и мономеры, реже для этой цели применяют водные дисперсии полимеров.
По сравнению с цементными бетонами, полимерные и полимерцементные бетоны обладают большей прочностью на растяжение, меньшей хрупкостью, лучшей деформируемостью. У них более высокие водонепроницаемость, морозостойкость, сопротивление истиранию, стойкость к действию агрессивных жидкостей и газов.
Известно, что наполнение смол дисперсными наполнителями более 5 % резко понижает их прочностные свойства (в зависимости от степени наполнения). Пластоцементы никогда не используются в качестве композитов для деталей, находящихся под нагрузкой. Также цена пластоцементов значительно выше обычных неорганических цементных смесей, что определяет их узкую специализацию.
Полимербетон ещё называют «искусственный камень» из-за его прочности и внешнего сходства. Применяется полимербетон для герметизации резервуаров, шпатлёвки, грунтовки, при изготовлении наливных полов, для выравнивания неровностей и дефектов в металлических изделиях, в производстве мебели и как строительный материал.
Производители высокодинамичных станков используют полимер - бетон в качестве материала станин, рам, порталов станков и др., он обладает величиной логарифмического затухания в 10 раз выше, чем чугун. Уникальность демпфирования и жёсткости этого материала, малой массы (в 3-5 раз по сравнению со сталью), делают его передовым на рынке машиностроения
Проблема обеспечения соответствующего технического уровня и экономичности производства станков является составной частью общей проблемы технологии машиностроения и должна рассматриваться в органичной взаимосвязи со всеми ее элементами от заготовительного производства до сборки и испытаний готовых машин. В частности, для эффективного решения проблемы необходимы конструкционные материалы принципиально нового технического уровня с сочетанием различных эксплуатационных свойств (механических, физических, триботехнических и др.) Особое значение приобрели также технологические свойства материалов как объектов автоматизированной обработки.
Рис. 1 Структурная схема работ в области применения перспективных конструкционных материалов (ПКМ) для деталей суперпрецизионных и сверхскоростных станков
Для прогресса в области материалов и технологий формирования их эксплуатационных свойств характерны два общих направления:
l совершенствование традиционных материалов и технологических процессов с целью повысить их эксплуатационные свойства, технологичность и экономичность, а также максимально приспособить к конкретным условиям применения (при этом на основе последних достижений науки удается разрешить давние противоречия между эксплуатационными и технологическими свойствами материалов);
l создание принципиально новых материалов, таких как конструкционная керамика (оксидная, нитридная и др.), композиционные материалы (композиты) на основе высокомодульных волокон (в частности, углеродных), композиты на основе дискретных наполнителей (например, гранитной крошки) и других.
Применение указанных материалов является весьма сложной технической и экономической задачей. Для иллюстрации этого на рис. 1 приведена принципиальная схема комплекса работ по освоению перспективных конструкционных материалов в станкостроении.
Не случайно в промышленно развитых странах реализуются крупные национальные программы по проблеме применения перспективных конструкционных материалов в станкостроении.
В частности, в 90е годы в Германии реализована специальная национальная программа по применению перспективных конструкционных материалов в станкостроении, на финансирование которой было выделено 1,2 млрд. долларов.
Одним из таких материалов является минералполимерный композит , который широко осваивается в станкостроении промышленно развитых стран.
Минералполимерный композит (МПК) или полимерный бетон принципиально отличается от традиционного цементного бетона связующим материалом, а именно полимером вместо цемента. Фирменные названия МПК в станкостроении – гранитан, синтегран и другие.
В состав МПК в качестве наполнителя входит крошка твердокаменных пород (гранита или габродиабаза) нескольких фракций по закону плотной упаковки и полимерное, в данном случае эпоксидное, связующее холодного отверждения.
Полимерное связующее является многокомпонентной системой, содержащей смоляную часть (смола, разбавитель, пластификатор и т.д.) и отверждающий агент. От качества и количества связующего в составе МПК зависят ползучесть и склонность к короблению, определяющие размерную стабильность деталей в процессе эксплуатации станков, а также технологические свойства, в частности, жидкотекучесть смеси и возможность формования деталей.
Важнейшим эксплуатационным свойством МПК является также термоустойчивость эпоксидного связующего. В результате интенсивных работ последних лет удалось повысить предел текучести эпоксидного связующего в 1,5 раза, а термостойкость довести от 40 до 100°С.
Основные физикомеханические свойства чугуна, МПК и гранита приведены в Таблице 1. Из приведенных данных следует, что МПК и гранит имеют свойства одного порядка. Однако МПК значительно превосходит гранит по технологическим возможностям формообразования деталей.
Свойства МПК и чугуна различаются радикально. И оценивать их нужно, как любой конструкционный материал, применительно к конкретной области использования, в данном случае - к станкостроению. Прочностные свойства МПК на порядок хуже, чем чугуна. Однако, как известно, базовые детали станков рассчитываются на жесткость, а не на прочность. Поэтому эксплуатационные нагрузки в них не превышают 5–10% прочности чугуна. Зато демпфирующая способность МПК в 3 раза выше, чем чугуна. Модуль упругости и плотность МПК в 3 раза меньше, чем чугуна. В результате, при прочих равных условиях детали из МПК и чугуна могут иметь примерно одинаковую массу. Теплопроводность МПК на 1,5 порядка меньше, чем чугуна, что обеспечивает его высокую термостабильность в условиях кратковременных колебаний температуры. Преимуществом МПК является также высокая коррозионная стойкость.
Применение МПК для базовых деталей станков обеспечивает существенное повышение их технического уровня:
- повышение точности и чистоты обрабатываемых поверхностей;
- повышение стойкости режущего инструмента, особенно керамического;
- повышение производительности обработки.
Технология производства деталей из МПК относительно проста и включает следующие основные операции:
- подготовка щебня, его рассев по фракциям и подача в смеситель через дозаторы;
- смешивание щебня с полимерным связующим;
- заливка смеси в форму, в которой закреплены металлические закладные элементы детали;
- виброуплотнение смеси в форме;
- выдержка в форме 10–15 часов и извлечение детали из формы.
Значительная экономическая эффективность производства деталей из МПК по сравнению с чугунными отливками достигается за счет таких основных факторов, как снижение трудоемкости, экономия энергетических ресурсов, сокращение производственных площадей, снижение загазованности и запыленности.
Однако есть и дополнительные затраты, связанные с изготовлением закладных металлических элементов, использованием более дорогих полимерных материалов и другими факторами.
В итоге общий баланс таков, что себестоимость деталей из МПК и чугунных отливок одного порядка. Поэтому главным преимуществом МПК по сравнению с чугуном безусловно является возможность повышения технического уровня станков.
Как отмечалось выше, применение нового конструкционного материала, в данном случае МПК, для базовых деталей станков является весьма сложной технической и экономической задачей. Например, фирма Carl Zeiss (Германия) изготовила измерительную машину, в которой станина и стойка представляет собой 5тонный моноблок из полимерного бетона. Чтобы эта машина стала технически совершенной, а ее производство экономически выгодным, фирме потребовалось порядка 10 лет упорного труда. Однако, в конечном итоге, станкостроительные фирмы, освоившие применение новых конструкционных материалов, получают значительный техникоэкономический эффект. Так, например, швейцарская фирма STUDER, первой освоившая производство станин шлифовальных станков из полимерного бетона, обеспечила высокую конкурентоспособность своих станков и кроме того получает значительную прибыль (порядка 30% всей прибыли фирмы) от производства деталей из полимербетона для сторонних заказчиков.
Таким образом, на основе всего изложенного можно заключить, что МПК является весьма перспективным конструкционным материалом для станкостроительной отрасли.
Д.т.н. Шевчук С.А., д.э.н. Смайловская М.С.
ОАО«ЭНИМС», тел. (495) 9555235, 9523602, [email protected]