Блог

“Не гонялся бы ты, поп, за дешевизной или почему стоматологи перешли на более дорогие материалы”

“Не гонялся бы ты, поп, за дешевизной или почему стоматологи перешли на более дорогие материалы”

Автор -  Анатолий Майоров, инженер-литейщик

Падение российской экономики 2014-2016 годов заставило литейщиков внимательнее подойти к себестоимости литья. Снижение затрат на получение продукции коснулось в том числе модельно-стержневой оснастки (МСО).

Наша статья покажет, действительно ли можно сэкономить на МСО.

Главное требование к модельной оснастке - получение отливок с заданной размерной точностью и качеством поверхности при минимальных затратах на её изготовление и обслуживание.

Рассмотрим сегмент мало- и средне-габаритной модельной оснастки для холодных ХТС/ПГС/ЖСС процессов, как самый распространённый в нашей сегодняшней практике. Технологии изготовления МСО этого сегмента можно считать условно типовыми.  

С начала XXI века в сфере модельного бизнеса нашло широкое применение изготовление оснастки из блочного модельного пластика и заливных полиуретановых компаундов. Значительное количество потребителей отмечают эффективность работы с такой оснасткой, в первую очередь за счет  точности, минимального усилия съема и простоты использования. “Дедовская” технология изготовления из фанеры и дерева плавно отошла на второй план.

Справедливости ради стоит отметить, что использование дерева/фанеры вполне оправдывается при единичном и мелкосерийном производстве отливок. Также при изготовлении крупногабаритных заготовок с большими размерными допусками альтернативе деревянной модельной оснастке попросту нет. Её главное достоинство дешевизна сырья и доступность по сравнению с пластиковой.

Это действительно так. Если считать экономику “в лоб”. Однако, изучив вопрос более тщательно, оказывается, что экономия на оснастке вряд ли убережет ваше предприятие от дополнительных расходов.

Стоимость заготовки в виде  дерева/фанеры примерно в 6-8 раз  меньше стоимости модельных плит той же плотности. Процессы механообработки на станке с ЧПУ (здесь мы рассматриваем типовой техпроцесс с основной операцией - программной фрезерной) в обоих случаях идентичны и не сильно отличаются по времени и затратам. Казалось бы, выгода очевидна. Но! Начальная операция по подготовке пластиковой заготовки кратно меньше по времени, да и финишная - слесарно-сборочная раза в 1,5 быстрее и, соответственно, дешевле. (см рис 1)


рис.1


Как показала практика, снижение стоимости оснастки за счет использования более дешевых материалов для формообразующих элементов, не всегда оправдано. Сиюминутная экономическая выгода часто выливается в увеличение средств и времени на последующих производственных операциях: при слесарно-сборочных работах, механической обработке отливок, затратах на ремонт и на поддержание условий хранения МСО.

   Решающий фактор при выборе материала МСО, это  максимальное количество получаемых отливок и продолжительность сохранения свойств при надлежащем хранении.

Работа с деревом/фанерой требует значительного профессионального опыта, который учитывает анизотропию свойств, принципов крепления и способов обработки материала для получения моделей требуемого качества. При использовании фанеры увеличивается время технологической подготовки производства: необходимо правильно разделить оснастку на составные части с учетом направления слоев шпона для минимизации последующей усадки фанеры.

Готовые элементы оснастки, получаемые со станка, имеют ступенчатую поверхность, это вызвано неоднородностью слоев фанеры по твердости, к тому же она  нуждается в тщательной слесарной доводке. Затем поверхность требуется покрыть защитными материалами для предотвращения контакта слоев шпона фанеры с влагой, содержащейся в воздухе и формовочной смеси, которая пагубно влияет на размерную точность МСО вследствие склонности дерева/фанеры к усушке и набуханию.

Способность древесины разбухать и усыхать после обработки защитными материалами значительно снижается, но не прекращается. Особенно сильное влияние влажностного режима наблюдается в периоды смены времен года, при транспортировке.

Набухание фанеры сопровождается расширением слоев кромок шпона и приводит к появлению ступенчатой формообразующей поверхности, короблениям, щелям, трещинам, возникают мелкие поднутрения. При формовке такие слои заполняются формовочной смесью. Материал формы входит в зацепление с оснасткой. Происходит «прилипание», приводящее к снижению качества поверхности МСО или даже к подрыву ее частей. Фанерная оснастка, перед хранением тщательно очищается от налипшей формовочной смеси, на неё наносится разделительное покрытие. Наличие остатков песка при усушке материала может повредить кромки и привести к эффекту «потрепанной книги».

После каждого периода хранения требуется тщательный осмотр МСО на предмет дефектов, и, в большинстве случаев, ремонт.

Изменение размеров оснастки из-за влажности постепенно приводит к полной непригодности МСО.

В отличие от фанеры пластик изотропен и влагостоек. Поверхность модели из пластика, полученная на станке, сразу соответствует предъявляемым требованиям и не требует слесарной доработки с последующим нанесением различных покрывных материалов.

Простота работы с модельным пластиком дополняется свойствами самого материала. Высокие влагостойкость и износостойкость обеспечивают значительные сроки эксплуатации и хранения модельной оснастки. Минимальное усилие съема при извлечении модели из формы или стержневого ящика обеспечивается малой смачиваемостью и высокими антифрикционными свойствами. Оснастка выполненная из модельного пластика, имеет неоспоримо высокие эксплуатационные характеристики в сравнении с деревянной, она реже ломается и не подвержена короблению, передает четкий, гладкий отпечаток.

Логично задаться вопросом - а какова доля материала в структуре расходов при изготовлении МСО? Статистика опять приходит на помощь. Взглянем на рис 2, который чётко даёт понять, что рынок оснастки - это в первую очередь рынок услуг, так как доля оплаты труда здесь значительно преобладает над долей материалов. По сути так и есть - создание единичных изделий всегда предполагает большой труд. Модельщиков по этому соотношению можно условно сравнить с парикмахерами или стоматологами.

рис 2


И здесь хочется вернуться к названию статьи. Почему стоматологи перешли на более дорогие материалы? Ещё несколько десятилетий назад дантисты “в обычных поликлиниках пломбировали часто цинк-фосфатными пастами, которые, по сути, являются временными. Они часто вываливались, или под ними заводился вторичный кариес. Широко применяемая в то время в Америке амальгама была недоступна широким массам советского народа. Для пломбирования каналов использовалась (а в некоторых местах и сейчас используется) допотопная резорцин-формальдегидная паста, превращавшая зуб в хрупкое стекло и окрашивающая зуб в пролетарский красный цвет. Каналы пломбировались без рентген контроля, создавая условия для последующих инфекций.” (https://valera-kolpakov.livejournal.com/673761.html)

Сегодня стоматология - в основном, частный бизнес, где законы выживания просты - клиент должен быть доволен, иначе никакого завтра не будет. Но не в ущерб прибыли, иначе частнику также не выжить. Поэтому экономика должна быть тщательно сбалансирована, нужен постоянный ПРЕДСКАЗУЕМЫЙ результат и желательно за короткое ВРЕМЯ. У дантистов появились более дорогие пломбировочные материалы приобретающие твёрдость под лучом инфракрасной лампы. Да, они дороже, но время врача и длительный срок ношения пломбы у пациента - ещё дороже!

Так же и с оснасткой для литья. Экономишь на материале, дольше делаешь работу, меньше выпускаешь продукции, еще и возникает необходимость выискивать время на последующие ремонты в тесном графике производства. При этом  зарплатный фонд условно постоянен, рентабельность падает. Кто в плюсе? Клиент, дольше ожидающий свой заказ? Модельщик, делающий лишнюю работу? Механообработчик литья, убирающий дополнительные припуски и облои? Нет, в выгодоприобретателях только “лесорубы”.

На помощь приходит немецкий стандарт DIN EN 12890:2000 (см. рис 3). Не случайно заостряем на этом внимание. Двухсторонние потери средств и времени, а также высокие требования заказчика, не согласующиеся с производственной действительностью, указали на некоторую неоднозначность и несовершенство российских нормативных документов. Мы стали изучать европейский опыт, где модельный пластик используется более длительное время. Результатом стало использование немецкого стандарта DIN EN 12890:2000. Данный стандарт не противоречит российским ГОСТам, но в большей степени конкретизирует требования к техпроцессам и качеству выполнения работ для достижения требуемой точности и упрощает конструкторскую работу.






Рис.3

Сегодня на российском рынке много сложных отливок ответственного назначения соответствующих 4 – 6 группам сложности, выпускаемых эпизодически малыми сериями с большими промежутками времени. Нередко хранение оснастки происходит в шаговой доступности от участка формовки без особых правил хранения.В результате при сравнении стоимости владения рисуется картина как на диаграмме 4.

Рис 4.



Лучшими выводами для этой статьи являются фото и слова наших клиентов:


“Естественно, что проектируя модельную оснастку, мы учитываем серийность её использования. Мы стараемся получать безусловно высокое качество изделий вне зависимости от их количества. И, как показала практика, модельный пластик – оптимальное для нас решение. Качество, полученное на модели из пластика – значительно лучше, чем из клееной фанеры. У нашего предприятия есть стойкое убеждение, что для обрабатываемых деталей низкой серийности лучше использовать модельную оснастку из клееной фанеры, а для серийных деталей с литой поверхностью – пластиковую.” - главный металлург ЗАО “НПО Ахтуба” Игорь Никулин.


“Мы в основном специализируемся на литье в ПГС и ХТС. Опробовали все виды материалов оснастки: металл, пластик, дерево, фанера.

Металлическая оснастка сложна в изготовлении, доработке, к тому же, как и пластиковая имеет высокую стоимость, что чаще всего не устраивает заказчиков литья. Деревянная и фанерная оснастка - недолговечна и быстро теряет точностные характеристики, это не подходит нам, как поставщикам качественного литья.

Для мелкосерийного и единичного литейного производства идеальна комбинированная оснастка  (фанера с пластиковыми формообразующими). Она позволяет обеспечить качественную формовку и необходимую точность литья.  Оснастка проста в доработке, долговечна и имеет относительно невысокую стоимость.

За последние несколько лет наше производство успешно освоило 52 комплекта комбинированной  оснастки (размер отливок от 90 до 2000 мм), что позволило значительно улучшить качество литья.” - инженер - технолог ООО "Сплав - ДМЗ" Надежда Козлова.

рис 5 и 6 Деревянная и пластиковая модели "Сплав - ДМЗ” после одинакового количества съёмов.


"АО «МЛРЗ «Милорем» производит большую номенклатуру чугунного, стального и цветного фасонного литья в ПГФ и формы из ХТС. После внедрения в 2005 году прогрессивной формовки по альфа-сет процессу на нашем предприятии было освоено производство металлической модельной оснастки взамен изношенных деревянных комплектов силами имеющегося инструментального цеха. Процесс изготовления металлической оснастки весьма трудоемкий, к тому же использование дорогостоящих материалов увеличивает стоимость модельных комплектов.  Позже встал вопрос о приобретении современной качественной и недорогой модельной оснастки. С 2014 года наше предприятие успешно сотрудничает с ООО «ИНЖЕТЕХ», производящим литейную оснастку из модельного пластика. Мы постепенно производим замену устаревшей, изношенной деревянной и металлической оснастки. Использование модельных комплектов из пластика позволяет получать гладкий, ровный отпечаток в формах из ХТС и, в конечном счете, отливки - без заливов, наростов, с требуемой размерной точностью. Нам удалось улучшить качество литья и снизить процент брака отливок по литейным дефектам. Кроме того, модельные комплекты из пластика долговечны, за все время эксплуатации не возникало потребности проведения ремонтов." - старший инженер-технолог ТО "Милорем" Федосимова Нина Петровна.


“Бесспорно, модельный пластик имеет неоспоримые преимущества перед деревом и фанерой. Но все же при выборе материалов для изготовления МСО необходимо руководствоваться такими параметрами как: серийность выпускаемой продукции, класс, точность отливки, способ формовки, требуемая шероховатость поверхности отливки, способ хранения и др.

Так при единичном и мелкосерийном производстве отливок с грубым классом точности рациональнее использовать более дешевые материалы.

Для нас в данный момент самый сбалансированный вариант изготовления МСО - использование комбинированных модельных комплектов.

Таким образом ответственные формообразующие места МСО стоит выполнять из модельного пластика высокой плотности, а поверхности не являющиеся формообразующими рациональнее изготавливать из модельного пластика меньшей плотности и фанеры. Пример такой оснастки приведен на фото 7, где основные части выполнены из пластика, а стержневой знак сделан из бука.” - главный металлург АО "ШЗГ" Половинка Николай Николаевич.


рис. 7. 1-пластик, 2 -бук

рис. 8 Ещё один стержневой ящик ШЗГ ( 1 — пластик марки, 2 — фанера.  3 —металлическая бронь).


«Величина переплаты за пластиковую оснастку по отношению к деревянной долго ввергала в сомнение относительно необходимости таких преобразований. Тем не менее, в 2013 году нами был приобретен комплект модной, цвета морской волны пластиковой модельной оснастки  для корпусной детали из ИЧХ серийностью 200 отливок в год, массой 600кг. Влагостойкость и, как следствие – отсутствие размерных колебаний пластика относительно древесины, позволили минимизировать припуски на механическую обработку сопрягаемых поверхностей, что привело к 10% снижению себестоимости изделия.

   На сегодня модель выдержала уже порядка 1000 съемов без каких-либо серьезных ремонтов и обещает послужить еще.

   Однозначные рекомендации в пользу пластика для серийного и массового производства отливок!» – генеральный директор АО «КМАрудоремонт» Алексей Дробышев. (фото оснастки разных типов после одинакового количества съёмов -рис. 9 и 10).


рис 9.


рис 10.