Формообразование легких конструкций
|
Основные технологические приемы формообразования металлических изделий кроме резки включают: - горячую обработку — литье, ковку, прокат, штамповку (горячую); - холодную обработку — гибку, штамповку (холодную), вытяжку, выдавливание, формовку взрывом, электроформование, холодное экструдирование. Некоторые способы формования применимы также и для термопластичных смол, однако для пластмасс были разработаны специальные технологические методы. В следующих разделах будут рассмотрены только те приемы, которые находят применение для изготовления легких конструкций. Литье. Кроме изготовления фасонных и второстепенных деталей литье используют для производства элементов облицовки фасадов. Их отливают обычно из кремниевых или магниевых сплавов алюминия. Плоские облицовочные плиты отливают в открытых формах. Такое литье наилучшим образом осуществляется на предварительно уплотненном и выровненном песчаном основании. Верхняя поверхность алюминиевой отливки подвергается воздушной закалке. Нижняя поверхность может быть рифленой или снабжается приваренными алюминиевыми крючками для монтажа. Плиты с рельефной поверхностью (например, "Алкает") отливаются либо в открытых, либо в закрытых формах из песка, дерева, гипса или пластмассы. В открытых формах (например, песчаных) плиты отливают лицевой поверхностью вниз; таким способом были изготовлены 472 декооативных облицовочных элемента для здания технического колледжа в Хагене (ФРГ). Метод "Алкает", созданный японской компанией "Кубота", применялся также для изготовления из алюминиевого сплава панелей фасадов здания штаб-квартиры Международной организации труда в Женеве и нового здания "БМВ-центр" в Мюнхене. Для изготовления некоторых элементов, фасонных деталей и других изделий усложненной формы методом литья под давлением используются термопластичные синтетические смолы. Мягкая пластмасса, соответствующим образом нагретая, нагнетается в закрытую форму и затвердевает. Наиболее подходящие материалы для инжекционного формования — полиэтилен, полиамид, полистирол и ПВХ. Для строительных целей методом инжекционного формования обычно производят некоторые фасонные детали, однако для изготовления крупноразмерных тонкостенных облицовочных элементов, необходимых для легкого строительства, этот метод непригоден. Тем не менее он вполне применим для изготовления ванн, душевых поддонов и т.п. Этим способом, например, можно изготовлять душевые поддоны из АБС-пластика, хотя изготовление таких крупноразмерных элементов требует дорогостоящего оборудования. Компания "Байер" изготовила в экспериментальном порядке строительные элементы размером 2,26x1,16 м, толщиной 14 мм из термореактивного полиуретана способом инжекционного формования. Это свидетельствует о том, что из этого материала можно изготовлять элементы с применением менее дорогостоящего оборудования, чем это необходимо для термопластичных материалов. Технология многослойного инжекционного формования, разработанная английской компанией "Ай-Си-Ай", позволяет использовать для наружных слоев изделия более твердый (жесткий) материал, чем для внутреннего слоя. Компанией запроектирован и построен мощный пресс с двумя инжекционно-формующими фидерами, предназначенный для изготовления такого типа изделий. Пока, однако, максимальный размер элементов, изготовленных на этом оборудовании и предназначенных для автомобилестроительной промышленности, не превышал 0,4 м2. Из акрилового стекла отливают блоки, плиты и другие подобные элементы. Литье находит применение в изготовлении легких элементов из пенобетона и гипса. Гладкие листы сухой гипсовой штукатурки выпускаются в России, Польше, ГДР и других странах. Сухая гипсовая штукатурка производится на мощных поточных производственных линиях. В начале линии картон сматывается с рулона, размещенного на горизонтальной оси. После нанесения на него гипсовой смеси он покрывается вторым слоем картона с другого рулона. Tрехслойная бесконечная лента движется со скоростью 20—30 м/мин. В течение периода твердения (около 3 мин) отформованный участок проходит путь 60—90 м. Затем лента режется на листы, и они поступают в туннель выдержки. Годовая производительность такой линии составляет несколько млн кв. м сухой штукатурки. Американская компания "ЮС Джип-сум" на заводе в Балтиморе начала выпускать профилированную гипсовую штукатурку ("Страктикор"). Ее производство отличается от изготовления плоской штукатурки только приданием валками профиля верхнему листу картона в момент его сматывания с рулона. В результате образуются продольные полости, впоследствии заполняемые гипсовой смесью. В остальном этот процесс производства идентичен процессу производства плоских листов. Отвердевшие листы после тепловой обработки используются для изготовления панелей путем склеивания двух профилированных листов или одного плоского с одним профилированным. Оборудование, применяемое для изготовления листов из бумажной массы, гипса и воды, таких как западногерманские "Фермацелл", требует меньше производственных площадей и стоит дешевле, чем оборудование для производства листов сухой гипсовой штукатурки. Эта разница находит отражение также и в производительности: если скорость выпуска листов гипсовой штукатурки составляет около 30 м/мин и более, то скорость изготовления гипсоволокнистых листов составляет около 9 м/мин. Однако это все-таки позволяет Достичь достаточно высокой производственной мощности — около 1,5 млн. м2 листов в год при двухсменной работе (рис. 458, 459).  Прокат, каландрование. Прокат является способом пластического формования, в результате которого постепенно уменьшается толщина материала поперечного сечения изделия. Этим прокат отличается от гибки (например, холодного профилирования на роликогибочной машине). Стальные профили можно получать горячим прокатом, стальные и алюминиевые листы могут быть как горяче-, так и холоднокатаными. Каландрование при изготовлении строительных листовых материалов означает пропускание термопластичного материала (обычно ПВХ) через несколько (обычно четыре или пять) нагретых валков, что позволяет получать листы и толстую (> 0,4 мм) пленку. Чем больше число валков, тем тоньше и в большем количестве можно получить листовой и пленочный материал. Обычная ширина изделия 1—2 м, но на крупнейших линиях можно изготовлять листы и пленку шириной до 3 м. Материал получают гладкий, с тисненым рисунком или окрашенный. Каландрованием можно наносить пластмассовые материалы на тканевую или картонную основу. Экструзия. Большая часть алюминиевых конструкций изготовляется методом горячего прессования, или экструзии. Принцип этого метода состоит в том, что блюм подвергается настолько большому давлению, что материал вытекает сквозь отверстие и принимает в поперечном сечении его форму. Полые профили и изделия также могут быть получены этим методом. Экструдированные алюминиевые профили правят и калибруют для обеспечения стабильности их формы и размеров. Изделия из закаливаемых сплавов после формования подвергают термической обработке (отжигу, закалке и т.п.). Современные гидравлические прессы создают усилие 6—25 ГН, а специальные мощные установки - 35—100 ГН. Экструдирование алюминиевых профилей обеспечивает высокопроизводительное получение изделий с большой точностью размеров. В последние 20 лет методом экструзии вместо проката изготовляют также стальные профили, включая сложные профили нового типа, которые не могли быть получены при прокате. Кроме того, низкая стоимость переналадки оборудования делает этот метод пригодным для выпуска небольших партий изделий. Единственным недостатком является большая энергоемкость производства. В настоящее время методом экструзии производится только около 1 % стальных профилей, но в строительстве они пока еще не нашли широкого применения. Крупнейший экструдер для изготовления стальных профилей, создающий усилие 120 ГН, установлен на заводе компании "Кэртис Райт корпорейшн" в Буффало. Обычно применяются экструдеры с усилием 15—25 ГН. Английская компания "Мидлэнд Экст-рожнс Лтд” применяет технологию экструдирования профилей, внутренний и наружный слои которых выполнены из разных металлов. Эти профили "Мидалинокс" имеют поверхностный слой из нержавеющей стали, а внутренний — из алюминия, что делает их дешевле профилей, изготовленных целиком из нержавеющей стали. Экструзия термопластичных материалов применяется при изготовлении различных профилей (труб, уплотнителей, ручек, окантовок, профилей для изготовления окон и дверей и др.). Пластмасса подается в зону червяка (шнека), где нагревается, перемешивается вращающимся червяком и перемещается им к профилирующей головке с возрастающим давлением. Материал выходит из экструдера в виде бесконечного профиля, который охлаждают и режут на отрезки или, если он эластичный, сворачивают в бухты. Производительность современных мощных экструдеров 400-800 кг изделий в 1 ч. Диаметр червяка редко превышает 300 мм, поэтому размер поперечного сечения изделия ограничен этим габаритом. Листы и пленки могут экструдироваться через плоскощелевую или кольцевую головку. Щель имеет регулируемый зазор, соответствующий необходимой толщине листа. Из ПВХ изготовляют гладкие, поперечно- или продольно-профилированные жесткие листы. Такие же изделия можно получать из полиметилметакрилата. При кольцевой головке мягкая труба, выходящая из экструдера, надувается сжатым воздухом, подаваемым через головку экструдера. Диаметр трубы увеличивается, а ее стенки утоньшаются до 0,01-0,1 мм. Затем трубу разрезают вдоль и полученную пленку сматывают в рулоны. Этот метод применяется обычно для получения тонкой полиэтиленовой пленки. Древесностружечные плиты с пустотами ("Окал") также изготовляются методом экструзии (метод "Крайбаум"). Окна можно изготовлять из древесины, покрытой ПВХ. В этом случае деревянные элементы соответствующего профиля покрывают пластиком, применяя двухшнековый экструдер. Компанией "Шок" (Шорндорф, ФРГ) разработан экструзионный процесс для покрытия ПВХ древесностружечных профилей. Придание формы листовым материалам (прессование, гибка, штамповка и т.п.). Металлические листы (стальные, алюминиевые) изготовляются прокатом. Листы и плиты из фанеры, древесноволокнистые, древесностружечные и бумажно-слоистые изготовляются на мощных прессах. Давление, создаваемое в прессе, находится обычно в пределах 10—100 МПа, а мощность крупнейшего пресса достигает 50 ГН. На одном прессе может быть изготовлено одновременно 20—50 плоских листов или плит. Максимальные размеры изделий - около 2x3 м.  Современные крупные прессы оборудуются дополнительными механизмами, которые позволяют автоматически загружать, разгружать и складировать изделия. Такое оборудование производится в ГДР, ФРГ ("Зимпелькамп", "Бекст унд Ван Хюллен"), Италии ("Паньони"), Швеции ("Фельдман") и США. Дверные полотна и панели перегородок изготовляются путем оклеивания каркаса с двух сторон листами обшивки в простых зажимах или под прессом. При массовом производстве на технологических линиях, таких, как западногерманская система "Мёллер", прессование сочетается с термической обработкой. Большую группу тонкостенных металлических (стальных, алюминиевых) конструктивных элементов составляют линейные элементы — балки, ригели, стойки и т.п. В другую категорию входят плоскостные элементы — плиты, листы, пластины и т.п. Одно оборудование пригодно для изготовления элементов и первой, и второй групп, тогда как другое является специализированным. Исходным материалом во всех случаях служат металлические листы или лента. Линейные элементы изготовляются из узких листов или ленты, а плоскостные - из широких листов. Металлические листы подвергаются различным гибочным операциям для придания им большей жесткости и необходимой для выполнения конструктивных функций формы. Гибку можно выполнять на гибочном прессе, кромкогибочном станке или на роликогибочной машине (рис. 460-463).  На гибочном прессе лист помещают на нижнюю матрицу. Верхний гибочный инструмент (пуансон) вдавливает лист в нижнюю матрицу до тех пор, пока не будет достигнута желаемая форма. Минимальный радиус загиба зависит от толщины листа и прочности материала на растяжение. На гибочных прессах можно обрабатывать стальные листы длиной до 8 м, но обычно применяют листы длиной 2—4 м. Сложные профили получают многократной гибкой. Две части спаренного станка могут работать самостоятельно или вместе, позволяя одновременно производить операцию на двух отрезках длиной до 12 м. Более дорогим, но высокопроизводительным оборудованием является теперь широко распространенная ролико-гибочная машина, используемая для изготовления продольно-профилированных листов. Поскольку этот процесс не приводит к уточнению материала поперечного сечения, то его неверно было бы называть "прокатом". На машине обрабатывается стальная лента, поставляемая в рулонах, поэтому первым звеном процесса является разматывающее оборудование. В процесс включены выправляющие приспособления до и после гибки. Концы ленты свариваются встык, что обеспечивает непрерывность других операций. Ролики постепенно создают требуемый профиль, затем автоматические пила или ножницы разрезают профиль на элементы предварительно заданной длины. Завершают процесс откатывающий ролик и сбрасыватель. Закрытые профили обычно изготовляют с применением сварки, для этой цели в машине может быть предусмотрена возможность производства непрерывных продольных сварных швов. Сплошные профили можно изготовлять путем повторной обработки предварительно изготовленных профилей простого трубчатого сечения. Если требуется перфорирование профилей (например, "Дексион-Сальга" и др.), необходимо отдельное автоматическое сверление или дыропробивное оборудование с программым управлением. Роликогибочный процесс — процесс высокопроизводительный и высокоточный. Технологическое оборудование линии и приспособления весьма дороги, однако дешевле, чем прокатный стан. Каждый комплект роликов обычно соответствует определенному профилю- и заменяется и переналаживается для изготовления других профилей только в случае выпуска достаточно большой партии. При гибке сталь закаливается, а при сварке вновь отпускается; установлено, что гибка может влиять на свариваемость стали. Поэтому, если сталь, подвергаемая гибке, подлежит последующей обработке, может оказаться необходимым подобрать ее специальный состав. Особо широкие (1,5 м) профилированные стальные листы изготовляют с антикоррозионным цветным покрытием. Они весьма дороги, но пригодны для наружного применения без последующей обработки. Для внутренних конструкций крыши вполне пригодна оцинкованная сталь без дополнительной антикоррозионной защиты. Компания "Экспандид Метал" на заводе в Хартлепуле в Великобритании производит элементы перегородок "Драй-форм" для системы КЛАСП. Для устройства этих перегородок требуется несколько различных профилей, которые изготовляются на небольшой роликоги-бочной машине из оцинкованной стальной ленты. Лента, имеющая ширину, необходимую для изготовления каждого типа профиля, нарезается из широкого стального листа в рулонах. Компания "Вард Бразерс" в Великобритании изготовляет на роликовой установке поперечные балки и ригели из оцинкованной стальной ленты для системы строительства промышленных зданий "Малтибим". Используя один комплект роликов и материал различной толщины, можно изготовлять балки и ригели высотой 100-250 мм. Алюминиевые профили, как и стальные, выполняются не только методом экструзии, но и на кромкогибочных станках или роликогибочных машинах. Несложные профили, потребные в относительно небольших количествах, лучше изготовлять на кромкогибочных станках, а изделия со сложным поперечным сечением и в больших количествах целесообразно изготовлять методом экструзии. Профили, требующиеся в очень больших количествах, обычно производят на ролико-гибочных машинах. Алюминиевые листы в рулонах могут выпускаться непрерывно-профилированными. Для производства изделий "Люксалон" и "Люксафлекс" компания "Хантер-Дуглас" использует узкие (раньше 300 мм, теперь 600 мм) алюминиевые полосы, применяя запатентованную компанией технологию. Широкие профилированные алюминиевые листы изготовляются из ленты шириной 600—1500 мм (в настоящее время даже из более широкой), толщиной 0,7-1,5 мм методом непрерывного профилирования. Чем шире и толще металлическая лента, тем более крупное и дорогостоящее оборудование необходимо для роликогибочной линии. Изготовление точных алюминиевых профилей (с наибольшей шириной поперечного сечения до 60 мм) производится на линии с 6—8 парами роликов. Стоимость такой линии около 15 тыс. долл. при производительности 200—300 т в год. Профили шириной 100—600 мм могут изготовляться на линии с 10—20 парами роликов; стоимость такой линии составляет 25—60 тыс. долл. Наконец, алюминиевые профили шириной 1,5 м изготовляются из линии с 20-30 парами роликов. Годовая производительность такой линии составляет около 10 тыс. т; ее стоимость несколько сотен тыс. $ и отдельно по 10 тыс. долл. за каждый комплект роликов, необходимых для получения различных профилей. Отделка металлической (алюминиевой) ленты может включать перфорацию и нанесение тисненого рисунка, а также декоративно-защитного покрытия поверхности. На будапештском заводе Объединения венгерской алюминиевой промышленности с 1971 г. действует французская установка с 22 парами роликов. После формообразования профилированные листы режутся на отрезки длиной 2—12 м автоматическими ножницами и автоматически штабелируются. При неавтоматизированном управлении можно производить резку элементов по 15 м. Оборудование позволяет изготовлять листы четырех различных трапецеидальных профилей с высотой профилирования 12,7, 20, 40 и 65 мм. Если профилирование ограничено созданием всего нескольких невысоких выступов и отгибом продольных кромок, обработку можно производить на более короткой линии с несколькими роликами. Однако в этом случае сам алюминиевый лист не будет обладать достаточной жесткостью, поэтому изготовление изделий включает дополнительно нанесение пенопластового слоя. Такая технология принята на заводе в Бернсдорфе (ГДР). Английская компания "Куксон Си-Эс-Эм-Ди Интернешнл Лтд" изготовляет технологические линии для продольного профилирования широких алюминиевых листов (900—1500 мм). Существенным преимуществом этого оборудования является небольшое число роликовых пар. Иногда необходимо металлические листы отбортовать, отогнуть и т.п. Все эти операции могут быть выполнены на простом роликогибочном оборудовании. Крупноразмерным металлическим листам может быть придана рельефная форма различными способами, в том числе глубокой вытяжкой, вытяжкой с натяжением, гидравлическим тиснением, формовкой взрывом и др. При глубокой (или полной) вытяжке лист зажимается по краям и выдавливается до желаемой формы соответствующим инструментом. При вытяжке с натяжением металлический лист закрепляется в зажимах и натягивается на деревянный или металлический формообразователь, соответствующий желаемой форме изделий. Листы большой площади вдавливаются в обратную матрицу давлением воды. При формовке взрывом металлический лист помещается в обратную матрицу, находящуюся под водой, с взрывным зарядом над ней. Ударная волна от взрыва вдавливает лист в матричную форму. Элементы из листового материала, имеющие большие размеры в двух направлениях, изготовляются на мощном прессовом оборудовании. Формообразование включает создание рельефа, повышающего их жесткость. Такие элементы в большом количестве производятся в США и широко применяются в автомобилестроении; необходимость изготовления усовершенствованных кузовов послужила толчком для создания совершенного штамповочно-прессового оборудования. Стальные (или алюминиевые) листы такого типа изготовляются также и в Европе, главным образом автомобилестроительными и вагоностроительными компаниями или заводами-поставщиками ("Полинорм" в Голландии, элементы "Жан Пруве", изготовляемые в Валенсьене во Франции, и др.). В Венгрии "Феммункаш" изготовляет штампованные облицовочные алюминиевые листы. Каждая алюминиевая панель для здания "Алкоа" в Питтсбурге была отштампована из цельного листа на прессе мощностью 8 ГH. Вся панель вместе с подоконной частью была изготовлена за один ход пресса. Затем к ней были приварены алюминиевые окна и соединительные детали. Алюминиевые панели для здания "Тишман" в Нью-Йорке были изготовлены компанией "Рейнольдс Метал" на прессе мощностью 17 ГH. Роликогибочные линии дороже, но и более производительны, чем оборудование для штамповки или вытяжки. Отделка как плоских, так и профилированных листов из рулона предпочтительна, так как отделочные процессы (покрытие поверхности, создание пенослоя в сэнд-вичных элементах и т.п.) в этом случае могут быть организованы в едином технологическом потоке. Для изготовления штампованных изделий из пластмасс можно использовать как термопластичные, так и термореактивные материалы. Для придания формы достаточно нагретым термопластичным материалам не требуется высокого давления. Любому такому мягкому материалу желаемая форма придается путем гибки, вытяжки (вакуум-формования или глубокой вытяжки) или пневмоформования. Штамповка требует наличия прямой и обратной форм (пуансона и матрицы), так как изделие штампуется между ними. При вакуум-формовании нужна только одна форма, в которую размягченный нагревом лист втягивается за счет создаваемого разрежения. Формы для вакуум-формования дешевле, чем для обычного штампования, поскольку могут быть изготовлены из гипса, древесины или синтетических смол. Более того, усилия, необходимые при вакуум-формовании, весьма малы — максимум 70 кПа. При пневмоформовании требуются более прочные формы, поскольку оно происходит при более высоком давлении — 500-700 кПа. Лист ПВХ или полиметилметакрилата, закрепленный в герметичной раме, предварительно нагревают в специальной камере или инфраксным излучением (до температуры 130 °C для ПВХ) и затем формуют с помощью вакуума либо сжатого воздуха. При комбинированной технологии предварительно нагретый лист сначала надувается сжатым воздухом, а затем после его утонения втягивается в форму за счет вакуума. Таким способом из листов длиной несколько м и шириной до 1,5 м могут быть отформованы, например, полиметилметакрилатные ванны. Установки для вакуум-формования, применяемые компанией "Шульте-Маши-ненбау" (ФРГ), имеют формующую поверхность 5,5 м2, на них изготовляются элементы ванных комнат длиной 3,5 м и шириной 500 мм с цикличностью 12 мин. На крупнейших установках для вакуум-формования производятся элементы длиной 6 м и шириной 1,5 м и даже 2 м, такие,как фасадные облицовочные панели из ударопрочного ПВХ фирмы "Хоехст" ("Хосталит- Z "). Компания "Мёллер" в Дельменхорсте (ФРГ) производит пространственные элементы ванных комнат из листов акрилового стекла путем вакуумной вытяжки. Ванная комната изготовляется из двух половинок с производительностью один элемент за 10 мин. Мощность производства — около 6000 элементов ванных комнат в год. Производственный процесс состоит из следующих операций: 1) чистка и мойка листов акрилового стекла в воде при температуре 50—60 °C; 2) выдержка листов в течение 24 ч при температуре 60 °C; 3) зажим листов в обоймы (рамы); 4) глубокая вытяжка (15—20 с) и охлаждение (4-6 мин); 5) извлечение необработанного элемента из формы и установка на опорную конструкцию; 6) нанесение из распылителя двух слоев полиэфирного стеклопластика (с интервалом 1—2 ч); 7) отверждение в течение 8-24 ч при температуре 60 °C; 8) окончательная отделка. Изготовление конструкций из стеклопластика. Конструкции из стеклопластика изготовляют следующими способами: ручным нанесением, напылением, прессованием при высоком или низком давлении, непрерывной ламинацией при низком давлении, намоткой. Для пропитки стекловолокна создано разнообразное оборудование, в том числе такое, которое применяется компанией "Геветекс Текстильглас ГмбХ" в Дюссельдорфе (ФРГ). Изготовленная на нем синтетическая смола, армированная стекловолокном, может затем легко быть нанесена на форму либо вручную, либо с помощью любых подходящих средств. Широко применяется в производстве способ напыления. При двухкомпонентном процессе смола и стекловолокно выбрасываются на поверхность формы через два сопла распылителя. Стекловолокно поступает в распылитель в виде непрерывных жгутов и измельчается перед смешиванием со смолой. Нанесенная на форму смесь уплотняется прокаткой, твердение происходит в теплой атмосфере. При другом способе напыления компоненты смешиваются в самом распылителе. Лучше, когда измельченное стекловолокно вводится в смесь между двумя струями (факелами) смолы, что обеспечивает тщательное смешивание двух материалов. Оборудование для такого процесса выпускается компанией "Кусденхов" в Вене под торговой маркой "Полиспрей". После резки стекловолокно длиной 17, 35 и 52 мм вводится в смолу, поступающую с двух сторон (рис. 464).  Напыляющее оборудование может быть усовершенствовано и приспособлено для производства листов из полиэфирного стеклопластика или для покрытия слоем полиэфирного стеклопластика листов из других материалов. Например, с применением распылителя "Полиспрей" было создано оборудование для изготовления или покрытия листов шириной до 2,8 м. При этом нанесение материала происходило при движении распылителя вдоль поперечной балки. При изготовлении плоских и профилированных листов стекловолокно или маты из него, разматываемые из рулонов, пропускают через ванну со смолой, прокатывают до определенной толщины, покрывают смолой и, наконец, подвергают тепловой обработке. При производстве профилированных листов на оборудовании "Филон" стекловолокно напыляют на движущиеся нити из перлона, затем стекловолокнистую основу слегка уплотняют и покрывают непрерывным матом из перлоновых нитей. Изготовленный таким образом каркас пропитывается и прессуется, а затем подвергается прогреву, при котором смола затвердевает. После этого у листов обрезают кромки и листы режут по размерам дисковой пилой. Профилированные листы из полиэфирного стеклопластика получают обычно либо пропусканием их между верхним и нижним формующими валками в термотуннеле, либо прессованием в формах. Напыление применяется также при производстве элементов санитарно-технического оборудования (ванн, умывальников, раковин и т.п.) или даже целых крупноразмерных ванных комнат. В Канаде на заводе "Крэйн" сначала изготовляется модель ванной комнаты из досок, гипса и т.п. С помощью этой модели выполняется обратная форма, которую окрашивают в красный или какой-либо другой яркий цвет. Одинаковое исчезновение этого цвета при нанесении смеси полиэфирной смолы указывает толщину и ровность слоя. Обратную форму тщательно отделывают, шлифуют, покрывают разделяющим слоем, например, из твердого воска (парафина), а затем наносят армированную стекловолокном смолу. После тепловой обработки между формой и изготовленных элементом пропускают воздух и форму извлекают. На технологических производственных линиях по изготовлению не слишком крупных элементов применяются методы формования под давлением и с помощью вакуумирования. Профили изготовляются также путем протяжки через формующую головку как горизонтально, так и вертикально. Новый технологический метод, известный под названием "намотка", был создан для использования в космической и ракетной технике и уже нашел применение в строительной промышленности, хотя пока и в узкой области. Смысл его состоит в пропускании стеклянных нитей или жгутов через устройство, где они пропитываются синтетической смолой, и последующей намотке их на вращающийся сердечник. Отформованный таким образом элемент проходит тепловую обработку, после чего форма извлекается (рис. 465).  Стекловолокно для армирования стеклопластика применяется в различном виде (нити, жгуты, ленты и др.). Намотка может быть окружной (нормальной к оси сердечника) или спиральной (под острым углом к оси сердечника). Элементы изготовляются многослойными, при этом слои выполняются из следующих материалов: а) чистой пластмассы; б) стекловолокна, пропитанного смолой и соединенного с текстильной тканью; в) напыленной смолы, смешанной с нитями стекловолокна. Предпоследний слой обычно бывает типа "б" или "в", наружный — типа "а" или иногда из пластиковой пленки. Помимо применения в ракетной технике этот метод используется в строительной промышленности для изготовления трубопроводов и резервуаров (бункеров). Для программы космических исследований в США этим методом изготовлялись элементы диаметром 15 м и даже более. В экспериментальном порядке этот метод также использовался для изготовления пространственных элементов жилых домов. Еще более новым технологическим методом является "непрерывная намотка" (в отличие от прерывистой послойной намотки), применяемая в технологиях "Фимсаи" или "Дростхольм". В технологии "Фимсаи" пропитанное синтетической смолой стекловолокно наматывается на экструдированные трубы из ПВХ, а в технологии "Дростхольм" для изготовления многократно используемого сердечника применяются стальные полосы шириной 80 мм и толщиной 1—2 мм. Технология "Дростхольм" применяется в основном для производства труб даиметром 1,5 м, но существует оборудование для изготовления элементов диаметром 3,5 м. Экономичная намоточная технология изготовления изделий диаметром 6—15 м делает возможным производство строительных пространственных элементов. Силосы объемом 40—100 м3, диаметром до 3 м и длиной 10 м изготовляются западногерманскими компаниями: "Бюргер Айзенверке", "Клекнер" и др. В американскую правительственную программу экспериментального жилищного строительства (операция "Прорыв") включены эксперименты на основе системы "Файбер Шелл". Строительные элементы изготовляются на стройплощадке путем наложения на сердечник сотовой картонной конструкции и намотки на него при вращении пропитанного полиэфирной смолой стекловолокна. Таким образом создаются несущие блоки, пригодные для возведения бескаркасных жилых зданий высотой один—три этажа. Этим методом были построены 20 квартир в Сакраменто (штат Калифорния) и столько же в Индианаполисе (штат Индиана) . В рамках этой же американской экспериментальной программы была также испытана другая технология стеклопластиковых конструкций, внедренная компанией "Материал Системе Корп". Система вновь была бескаркасной, а армирующие волокна были частично органическими, а частично неорганическими. Разработанная технология напыления позволяла изготовлять панели со скоростью 3 м2/мин, дальнейшая механизация дала возможность повысить производительность до 9 м2/мин. По этой системе в шести американских городах были построены 79 квартир. Изготовление сэндвичных панелей с применением пенопласта. Пенопласты могут быть получены путем: - механического вспенивания (вспененная уретановая смола); - газообразования (пенополиуретан); - многостадийного вспенивания (пенополистирол); - вспенивания в сочетании с экструзией (экструдированный пенополистирол). Пенопласт получают на заводе в формах или на стройке в пустотах строительных конструкций (рис. 466—469).  Производство пенопласта может быть непрерывным или периодическим процессом. Периодический процесс применяют для изготовления блоков, из которых впоследствии нарезают изделия по размеру и форме, или для производства изделий определенного окончательного размера. Непрерывный процесс используют при производстве плит или листов, которые режутся по размеру и форме, требуемым для строительных целей. Жесткий пенопласт можно получать из различных полимеров. Такой пенопласт используется в строительных конструкциях непосредственно или в сочетании с металлическими, пластмассовыми или другими листовыми материалами (древесноволокнистыми листами и т.п.). В настоящее время широко применяются жесткие пенопласты из полистирола и полиуретана, а в последнее время и некоторые другие пенопласты (жесткий пенополивинилхлорид). К такого рода новым материалам относятся также жесткие пенопласты на основе полиметакриламида (ФРГ) и полиакриламида (используется главным образом в Японии, и вряд ли в строительстве). Старейший способ производства жесткого пенополистирола (применяется свыше 25 лет) в принципе заключается в расплавлении полистирола и добавлении к нему газообразователя, который вспенивает материал. Лучшим способом является расплавление полистирольных гранул, содержащих газообразователь. Кроме того, возможно двухстадийное производство, при котором гранулы сначала подвспениваются, а затем после определенного периода выдерживания подвергаются дальнейшему вспениванию и спеканию в ограничительных обогреваемых формах. По такой технологии изготовляют либо крупные блоки материала (например, размером 4x1x0,5 м), предназначенные для последующей распиловки или резки проволокой, либо изделия с окончательными формой и размером.   Экструзия - еще один способ изготовления пенополистирола, хотя и реже применяемый. Полученные экструзией плиты пенополистирола имеют корку, оказывающую сопротивление диффузии пара, и их плотность составляет 30-80 кг/м3. Трехслойные панели внутренним слоем из жесткого пенопласта наиболее просто могут быть изготовлены путем наклейки слоев из металлических, фанерных, асбестоцементных или картонных листов либо пластиковой пленки на обе стороны подготовленного пенопластового слоя. Для этой цели используют главным образом пенополистирол. Производство может быть периодическим с применением прессов либо непрерывным на механизированной производственной линии. Во втором случае заранее подготовленные элементы собираются на рольганге или конвейере, а клей наносится из распылителя или другим ручным или механизированным способом. Элементы подвергаются тепловой обработке при температуре в диапазоне 50-150 °C (например, инфракрасным облучением), затем прессуются в валках. Производительность таких механизированных линий (например, западногерманской компании "Меллер") — несколько сотен тыс. кв. м изделий в год. Линия имеет длину около 80 м при ширине 2 м, лента движется со скоростью 0,8 м/мин. Механизированные линии, рассчитанные на выпуск серийной продукции, в принципе будучи высокопроизводительными, могут изготовлять только определенные типы элементов. Многослойные конструктивные элементы производятся также на гидравлических, пневматических или вакуумных прессовых установках. Весьма совершенным методом изготовления многослойных элементов с пенопластом является применение закрытых форм; в них помещаются два внешних листовых слоя, между которыми создается пенопласт. Один из американских заводов, применяющих эту технологию, выпускает строительные плиты из пенополистирола, получаемого между листами фанеры с алюминиевой фольгой. Внутренние поверхности внешних фанерных слоев покрываются фенольным клеем для обеспечения сцепления с пенопластом. Австрийской компанией "Ангер" создана механизированная линия по изготовлению трехслойных дверных полотен с пенополистиролом внутри. Такая линия годовой производительностью 250000 м2 действует на одном из московских заводов. На первом этапе технологического процесса производятся подвспененные гранулы полистирола при давлении 50-150 кПа и температуре 90—95 °C. Обрезанный точно по размеру лист фанеры укладывается на стальную плиту (поддон формы) и покрывается клеем. Подвспененные гранулы полистирола из бункера по лотку подаются в форму и покрываются листом с нанесенным на его нижнюю поверхность клеем. Сверху укладывается вторая стальная плита. Tри собранных таким образом комплекта укладывают один на другой и помещают в пресс, где подвергаются нагреву через стальные плиты. При нагревании до 100—110 °C объем подвспененных гранул увеличивается, они заполняют все пространство между листами фанеры, спекаются и плотно приклеиваются к ним. Перегрев предотвращается водяным охлаждением. Прессование продолжается 15 мин при давлении 14 МПа. В Венгрии на механизированной линии, закупленной у западногерманской компании "Мёллер", производятся элементы, состоящие из пенопласта между жесткими внешними листами. Процесс состоит из трех этапов: - на первом этапе осуществляются подготовка различных слоев элементов (например, листов асбестоцемента и пенополистирола) и нанесение на них клея; - на втором производится склейка под давлением и нагревом; - на третьем — обработка деревянного каркаса и выборка пазов. Производство жесткого пенополиуретана ведется уже свыше 30 лет. Сырьем служат полиизоционат и полиэфирные спирты, а также окись пропилена и вспенивающие вещества, такие, как монофтортрихлорметан или дифторхлорметан. В простейшем случае в производстве участвуют два материала, однако, как правило, это три-четыре различных материала. В последнее время, но пока еще в малых масштабах, внедряется однокомпонентный пенопласт. Исходные материалы хранятся в емкостях и подаются к инжекторной установке по трубопроводам. Поскольку требуются точная дозировка и смешивание, каждый компонент подается отдельным питающим насосом. Простейшим технологическим методом является периодический процесс, при котором вспенивание происходит в закрытых формах; лучше, если они предварительно подогреты до 45 °C, а в ходе химической реакции могут иногда охлаждаться водой. Формы должны выдерживать давление при вспенивании около 50 кПа. Пенопласт находится в формах в течение 5—15 мин. На заводе северовенгерских химических предприятий в Шайобабони применяются оборудование компании "Викинг Инжиниринг", предназначенное для периодического процесса получения пенопласта производительностью 40 кг пенопласта в 1 мин и прессовый стол размером 2400x1200 мм английского производства ("Интервуд"). Это оборудование позволяет получать пенополиуретановые изделия с различными облицовочными слоями и отделкой торцов. Производительность этого оборудования составляет 6—15 тыс. м2 панелей в месяц в зависимости от материала их наружных слоев. Из-за ограничений в габаритных размерах и производительности этого оборудования оно непригодно для выпуска крупноразмерных и недорогих элементов. На наиболее крупном оборудовании можно изготовлять очень большие по размеру (до 15 м2 поверхности) панели с пенополиуретаном. Их получают, укладывая в формы уже изготовленные плиты пенополиуретана. Компания "Штрауб" (ФРГ) выпускает элементы из алюминиевых листов, покрытых теплоизоляционным слоем пенополиуретана. Алюминиевые листы проходят обрезку аллигаторными ножницами и гибку на кромкогибочном станке. Поверхность листов обезжиривается и покрывается двухкомпонентным праймером. На прессе с водяным подогревом и охлаждением изготовляются одновременно пять-шесть панелей. Форма имеет деревянные борта. Исходные материалы хранятся в емкостях и подаются к инжектору по трубопроводу. На оборудовании компании "Хеннекс" (ФРГ) для периодического процесса производства крупных элементов из пенополиуретана можно изготовлять 2 м3 пенопласта за 15 с при плотности 30 кг/м3. Оборудование для производства пенополиуретана, пенополивинилхлорида или вспененного латекса поставляется также компаниями "Метал", "Пла-Ма", "Платеко Сторк-Автоматик", "Рихард Зиппель" и др. Непрерывная технология производства жесткого пенополиуретана — более производительный процесс. Материал распределяется между двумя покровными слоями смесительной головкой, совершающей возвратно-поступательные-движения вдоль поперечной балки. Внешние покровные слои могут быть из картона, пластиковой пленки или металлических листов. На заводе в Шайобабони (ВНР) установлено английское оборудование для производства непрерывной полосы из пенополиуретана с двусторонним покрытием картоном (см. рис. 466, 467, 468). Оборудование для продольного профилирования металлических листов может быть объединено с установкой непрерывного изготовления пенопласта (см. рис. 472). Западногерманской компанией "Кунстштофф Верфаренстехник -Д-р инж. Эрнст ГмбХ унд K° КГ" создано несколько таких комплексных установок, в том числе технологическая линия непрерывного производства для завода в Бернсдорфе (ГДР). Для этого завода компания запроектировала также системы хранения, подачи и смешивания исходных материалов, хотя такое оборудование производится также и в ГДР. Первые две установки на линии предназначены для размотки рулонов алюминиевой ленты, а следующие за ними две установки превращают алюминиевую ленту в профилированные листы. Затем установка для обработки поверхности наносит на металл химикат, улучшающий адгезию к пенопласту. После этого листы нагреваются, и на следующем этапе между двумя алюминиевыми листами вводится пена, которая отвердевает в горячем окружении, прежде чем листы достигнут резательной установки, где они автоматически разрезаются на элементы длиной 1—7 м. Разгружающее устройство снимает элементы, покрывает их обрезанные торцы пароизоляцией и укладывает в контейнеры. Компания "Терозон" (ФРГ) производит материалы для пароизоляции торцов: "Теростат-33" на силиконовой основе, недорогой "Теростат-4000" на основе синтетического каучука, а также "Терос-тат-1014". Перед пенонаполнением пространство между алюминиевыми листами вдоль боковых кромок закрывается бумажной лентой для предотвращения вытекания пены в процессе заливки.Такое оборудование чаще всего применяется для производства элементов типа сэндвич шириной 1,2 м. Общая протяженность линии около 80 м, ее стоимость около 400 тыс. долл. Завод "Веттерен" (вблизи Гента, Бельгия) компании "Юрофоум" также применяет непрерывный процесс для производства элементов из жесткого пенополиуретана с двусторонним мягким покрытием. Оборудование для непрерывного получения пенопласта изготовлено компанией "Хеннеке". Изделия имеют ширину 0,85—1,22 м и толщину 20-100 мм; наружными слоями служат бумага, полиэтиленовая пленка, картон, ламинированный алюминиевой фольгой, битуминизированный или обычный картон. Процесс производства аналогичен применяемому на заводе в Бернсдорфе. Изготовленные элементы окончательно отверждаются в течение 48 ч. Элементы, выпускаемые "Юрофоум" и другими компаниями, могут применяться в строительстве непосредственно) или служить основой для изготовления более сложных строительных элементов. Так, например, компания "Сидаль" (Бельгия), изготовляя строительные элементы для наружных ограждений (стен, крыш), покрывает одну или обе стороны плит "Юрофоум" профилированными алюминиевыми листами. Одна из сторон элементов может быть покрыта асбестоцементными листами или материалом на основе древесины. Кроме того, "Сидаль" производит аналогичные элементы с применением перлитобетона или пеностекла вместо пенополиуретана. Жесткий пенополивинилхлорид обладает прекрасными механическими характеристиками, но пока еще не нашел широкого применения в строительной индустрии главным образом из-за его высокой стоимости. Его получают из порошка ПВХ, к которому добавляют пластификатор (дибутилфталат), стабилизатор и газообразователь. Тщательно дозированную и перемешанную смесь компонентов нагревают до температуры 170-180 °C при высоком давлении до перехода полимера в гелеобразное состояние. После охлаждения пресс-формы заготовку извлекают. Вспенивание происходит при прогревании заготовки горячей (100°С) водой за счет образования углекислого газа при взаимодействии изоционата с водой. После окончательного отверждения в горячей водяной ванне в течение 20 ч получают прочный жесткий пенополивинилхлорид с закрытой структурой ячеек, хорошо поддающийся резке. Однако из-за сложности технологии стоимость такого жесткого пенопласта превышает стоимость других пенопластов в 2—5 раз. По этой причине он находит применение главным образом в авиа- и ракетостроении. Примером такого материала является "Пластисел", защищенный французским патентом и изготовляемый по лицензии английской компанией БТР. Механическая обработка материалов. К основным способам обработки конструкционных материалов относятся резка, фрезерование, строгание, шлифование и сверление. Этим процессам механической обработки можно подвергать сталь, алюминий, древесину и различные пластмассы, при этом всегда следует учитывать особенности их свойств (рис. 470-474).  Сталь и древесина являются классическими конструкционными материалами, и особенности их обработки хорошо известны. Нержавеющая сталь и алюминий могут резаться электродугой так же хорошо, как и различными холодными механическими способами. В США широко применяют электродуговую резку с использованием вольфрамовых электродов, в Великобритании — электродуговую резку с расходуемыми электродами в среде аргона. Алюминиевые сплавы легко режутся, за исключением сплавов с высоким содержанием кремния (свыше 10 %). Однако последние не находят применения в строительстве. Для резки мягких, легкообрабатываемых сплавов (Аl99 — Аl 99.9, AlHg -1—5, AlMn) достаточно усилие средней величины, хотя их обработка на станках-автоматах затруднена. Это относится к закаливаемым с отпуском сплавам в неотпущенном состоянии (AlMgSC, AtCuMg, AlZnMg , AlZnMgCu ). Пластичные сплавы после закалки с отпуском (AlMgSi, AlZnMg, AlZnMgCu.) могут обрабатываться на автоматическом оборудовании. Алюминиевые листы режут аллигаторными ножницами, пилой или электродугой в среде аргона.  Термопластичные синтетические материалы, размягчающиеся при невысокой температуре, обладают малой теплопроводностью и легко разрушаются; поэтому для резки они не нуждаются в сильном нагреве. Пенопласты можно резать пилой или нагретой докрасна стальной проволокой. Пластмассы мало пригодны для токарной и фрезерной обработки, равно как и для обработки строганием. Пластмассы можно легко пилить и сверлить, но инструмент и оборудование должны быть приспособлены к особенностям этих материалов. Широкое применение несущих конструкций из горячекатаных стальных профилей (решетчатого и других типов) привело к созданию во многих странах технологических линий для их изготовления. Эти линии состоят из режущих и сверлильных станков, оборудования, подающего материал (рольгангов, тележек, кранов и т.п.), и управляющих устройств. Такие линии поставляются, например, английской компанией "Бултон энд Паул Лтд". Основными обрабатывающими станками линии являются: вертикальная пила для резки металла в холодном состоянии; горизонтальный сверлильный станок; вертикальный сверлильный станок. Работа каждого станка программируется и осуществляется автоматически, таким образом весь производственный процесс управляется с пультов четырьмя операторами. На гильотинных ножницах можно резать стальные листы длиной 18 м и более. На горизонтальном сверлильном станке действуют одновременно 12 сверлильных головок, размещенных в два ряда. В каждом ряду расстояния между головками можно менять, а центры отверстий устанавливать на требуемом расстоянии от кромки листа. Станок пригоден для сверления балок различной высоты.  Вертикальный сверлильный станок имеет четыре или восемь сверлильных головок. Стальные профили сначала подвергаются дробеструйной очистке. Годовая производительность подобной линии 15—50 тыс. т тяжелых и средних стальных конструкций, а ее стоимость составляет несколько сотен тыс. $. Стальные профили эффективного поперечного сечения можно изготовлять с помощью сварки, но их стоимость будет ниже горячекатаных балок только в том случае, если при этом использовать высокопроизводительное оборудование (см. рис. 472). Таким оборудованием является современная технологическая линия, на которой пластины, из которых изготовляется профиль, сначала взаимно размещаются, а затем либо сварочная установка перемещается по ним, сваривая их, либо они пропускаются по рольгангу сквозь неподвижную сварочную установку. Основной производственной единицей пинии "Кайзер-Пулмакс" является автоматическая сварочная установка двух типов: 1-2000С (горизонтальная) или 1Т-207А (вертикальная). Первая позволяет изготовлять балки длиной до 16 м с параллельными или непараллельными полками постоянного или переменного сечения. Вторая предназначена для изготовления двутавровых, швеллерных и зетовых балок длиной до 12 м с постоянным или переменным сечением. Обе установки имеют четыре сварочные головки, обеспечивающие скорость сварки 1—14 м/мин в зависимости от размера шва. В этой системе сварочная установка передвигается над свариваемыми пластинами. Стоимость оборудования с одной сварочной установкой около 250 000 долл., куда не входит стоимость металлорежущего и кромкообрабатывающего оборудования, дробеструйной установки, рольганга и оборудования для послесвароч-ной обрезки. Линия с двумя сварочными установками позволяет изготовлять около 22 тыс.т сварных стальных балок в год при двухсменной работе. Линии "Кайзер-Пулмакс" действуют в США, Великобритании, Швеции, Италии, Чехословакии и Югославии. Во Франции на заводе французского предприятия КФАМ в Мезьер-ле-Меце неподвижная сварочная установка, отличная от оборудования линии "Кайзер-Пулмакс", позволяет изготовлять балки высотой до 1,6 м с различными полками и при необходимости с переменной высотой стенки. На указанных линиях можно изготовлять элементы стальных конструкций с высокой несущей способностью, в том числе для большепролетных промышленных зданий. Балки с окнами в стенке изготовляются из горячекатаных двутавровых профилей. В серийном производстве автомат осуществляет пламенную резку стенок одновременно нескольких двутавровых балок по заданной зигзагообразной линии, затем на сварочной установке две взаимно смещенные полубалки соединяются сварным швом. В Венгрии такие балки изготовляются для каркасов системы "Агротерв". Отверстия в стальных профилях и пластинах могут быть не просверленными, а выполненными на высокоскоростных дыропробивных станках. Этот способ высокопроизводителен и, кроме того, не изменяет структуру материала вокруг отверстий. Технологическая линия по изготовлению сварных профилей из стальных пластин состоит из: - установки для размотки рулонов; - оборудования для обрезки и правки; - участка складирования нарезанных по размеру заготовок; - подающего и размещающего устройств; - сварочной установки; - зоны охлаждения; - оборудования для обрезки и правки; - приемного стола готовых изделий и пилы. Изготовление решетчатых балок из арматурных стержней легко может быть механизировано. Сначала арматурные стержни изгибают по зигзагу, затем их помещают между двумя полочными профилями и сваривают с ними. Всем процессом управляет один оператор. Такие линии уже действуют и предназначены для изготовления балок как под большие, так и под малые нагрузки, т.е. балок различных размеров и массы. Английские компании "Бултон энд Паул" и "Сандерс энд Форстер" применяют их для изготовления крупноразмерных решетчатых балок. "Сандерс энд Форстер" производит также небольшие легкие решетчатые прогоны — балки "Литебилт" (см. рис. 473-474). Аналогичные автоматизированные технологические линии созданы для резки, пробивки отверстий, сборки, сварки и окраски профилей при изготовлении стальных окон и дверей. Для механической обработки алюминиевых профилей, однако, требуются станки несколько иного типа. Из конструкций пластмассовых окон и дверей наиболее просты в изготовлений конструкции из ПВХ. Экструдированные профили из ударопрочного ПВХ зажимаются стальными захватами и обрезаются дисковой пилой "на ус" под углом 45°. Каждый конец профилей обрезается на 1 мм короче, с тем чтобы после сварки угловых соединений "на ус" получить точный размер. Уплотняющие прокладки по кромкам коробки или створки изготовляются из мягкого ПВХ или синтетического каучука. Уплотнения из ПВХ могут быть установлены на элементы рам до сварки углов, а уплотнения из синтетического каучука устанавливаются только после окончания сварки элементов из жесткого ПВХ. Экструдированные профили из ПВХ с пазами типа ласточкина хвоста, предназначенные для дверей итальянской системы "Портпласт", сначала обрезаются по размеру, затем поступают на другую установку, где элементы вдвигаются по пазам один в другой. После этого в полости панелей вставляются элементы жесткости, сквозь панель сверлятся отверстия, и собранная конструкция стягивается стальными стержнями, имеющими нарезку. На следующей установке наклеиваются элементы обрамления, и, наконец, дверь помещается в пресс. После этого сверлятся отверстия и устанавливаются приборы. Затем дверное полотно соединяется с изготовленной дверной коробкой. Если окна изготовляются из деревянных профилей, покрытых пластиком (ПВХ), то покрытие герметизируется сваркой. Приборы устанавливаются не впотай, а накладываются. К этому типу окон относятся применяемые в зданиях английской системы КЛАСП западногерманские окна "Монза". |
