Производство оконных блоков

Несмотря на то, что объем производства окон, изготовленных на основе экструдированного пластмассового погонажа, в Европе превысил 60%, оконные блоки из древесины не потеряли своего значения. Одно из косвенных подтверждений тому – желание потребителей приобрести пластмассовые оконные блоки, профили которых облицованы пленкой, имитирующей текстуру древесины. Спрос на оконные блоки, необходимые для нового строительства и реконструкции уже построенных зданий, по мере улучшения экономического положения страны будет только увеличиваться.

Основные требования

На Западе уже давно поняли необходимость рачительного отношения к энергии любого вида и сокращения ее потерь. Поэтому основное требование к окнам заключается в том, что в холодные периоды года должно полностью исключаться распространение нагретого воздуха из помещения. Правильная конструкция оконного блока должна пройти испытания, предусмотренные действующими российскими и европейскими стандартами.

Другое важнейшее требование – высокая прочность и долговечность изделия. Эти показатели зависят от конструкции угловых соединений коробки и рам створок оконного блока, а также от выбранной системы отделочных материалов. Существует множество видов угловых соединений брусковых деталей между собой, однако сегодня в конструкциях оконных блоков используется всего четыре соединения: на прямой (рамный) шип; на шкантах, с фрезерованием контрпрофиля на торцах присоединяемых брусков; на ус, на зубчатый шип; и Г-образное соединение на зубчатый шип, чаще всего используемое швейцарскими изготовителями оконных блоков и из-за этого называемое во всей остальной в Европе швейцарским.

При организации производства оконных блоков необходимо выбрать конструкцию, которая позволит создать правильную технологию, определить состав необходимых операций и последовательность их выполнения. И лишь после этого, учитывая необходимую производительность, начинать подбор оборудования.

Исходный материал

Разрабатывая технологию производства оконного блока, следует определить, что же станет основным исходным материалом. Так, если предполагается, к примеру, использовать необрезные доски, то потребуется организовывать всю технологическую цепочку получения обрезных досок, их сушки, продольного и поперечного раскроя с вырезкой дефектов древесины, сращивания на зубчатый шип, четырехстороннего фрезерования, склеивания трехслойного бруска, являющегося исходным материалом для производства заготовок рамок оконного блока.

В Европе, например, нет ни одного предприятия, которое производило бы деревянные оконные блоки непосредственно из доски. Исходным материалом для них служит уже готовый полуфабрикат – клееный брусок нужного сечения, получаемый от предприятий, специализирующихся на его производстве. Производство таких полуфабрикатов является сегодня совершенно самостоятельным бизнесом – таким же, как изготовление стеклопакетов.

В России существует много деревообрабатывающих предприятий, способных обеспечить своевременную поставку качественного клееного бруска, что избавляет изготовителя оконных блоков от инвестирования средств в его производство. Но если предприятие обладает значительными объемами круглого леса и пиломатериалов, которые должны быть переработаны в оконные блоки, то лучше разделить эти производства на два независимых друг от друга, связанных лишь экономическими отношениями.

Технология производства оконного блока

Технология производства современных оконных блоков из клееного бруска, вне зависимости от конструкции изделия, предусматривает достаточно ограниченный набор операций. К механической обработке относятся фрезерование клееного бруска с четырех сторон с формированием необходимого профиля, торцевание на заготовки заданной длины, фрезерование шипов и проушин (зубчатых шипов или пазов под шпонки), фрезерование штапиков и профильных брусков переплета, выборка отверстий под ручки.

Затем производится сборка рамок створок и коробки и их отделка. Нанесение лакокрасочных материалов на еще не собранные в рамки бруски в современном производстве оконных блоков, несмотря на многие очевидные преимущества, применяется очень редко. После отделки рамок производится установка и крепление стеклопакета штапиками, установка ложного переплета, фурнитуры, и соединение створок с коробкой.

Механическая обработка на станках универсального назначения

Наибольшую сложность составляет изготовление створок оконного блока. Существует два способа их изготовления: фрезерование профиля брусков, составляющих раму, фрезерование шиповых соединений (или фрезерование контрпрофиля и сверление отверстий под шканты) и способ, при котором сначала фрезеруется внутренний профиль рамы, затем фрезеруются шипы и проушины (или контрпрофиль и отверстия под шканты), после чего производится сборка рамы и ее фрезерование (обгонка) по периметру с формированием необходимого профиля. Причем, современная технология предусматривает изготовление заготовок штапика одновременно с профилированием брусков рам створок.

При небольших объемах производства для изготовления рам оконных блоков из клееного бруска, соединяемых на рамный шип, вполне достаточно торцовочной пилы и вертикального фрезерного станка с нижним расположением шпинделя, оснащенного шипорезной кареткой. На нем с использованием соответствующего инструмента производится и продольное фрезерование профиля коробки и створок, и фрезерование шипов и проушин. Причем, на этом же станке может производиться и обгонка рам по периметру. В любом случае, для продольной обработки брусков необходимо использование автоподатчика, что предохраняет от образования профрезеровок при остановке заготовки в процессе ручной подачи.

Долбление пазов под импост отечественными предприятиями обычно не производится – у большинства изготовителей, не имеющих долбежных или цепнодолбежных станков, он закрепляется внутри рамы коробки с помощью гвоздей, а в раме створки (что требуется достаточно редко) – на шкантах. Крупные предприятия помимо торцовочного и фрезерного станков для профилирования брусков используют четырехсторонние продольно-фрезерные станки, а для фрезерования шипов и проушин – односторонние шипорезные станки.

Предприятия, использующие технологию с обгонкой рам по контуру после их сборки, применяют специальные четырехсторонние станки с распределенным механизмом подачи, не имеющие с левой стороны шпинделей и боковых прижимов для заготовок, что позволяет осуществлять проходную обработку (профилирование) этих рам со всех сторон последовательно, за четыре прохода. При этом базой служит необрабатываемая часть наружной кромки рамы.

Односторонние шипорезные станки, как правило, оснащаются горизонтальным пильным суппортом для предварительного выравнивания торца, и вертикальными – с шипорезными фрезами и проушечными дисками. Эти же станки могут выполнять фрезерование на торцах заготовок зубчато-клиновых шипов под углом 45о для угловых соединений на ус.

Одна из разновидностей такого оборудования – станки, дополнительно оснащенные многошпиндельной сверлильной головкой, установленной в задней части станины, в зоне остановки каретки, движущейся возвратно-поступательно. В таком станке фреза выполняет фрезерование контрпрофиля, а сверлильная головка производит сверление отверстий под шканты в торцах брусков. На этом же станке производится и сверление сопрягаемых с ними отверстий в продольных кромках брусков рамы.

Двухсторонние станки

Недостаток всех односторонних станков для фрезерования шиповых соединений и обгонки рам по контуру в том, что начальное базирование заготовки производится по обрабатываемой поверхности, что затрудняет получение точного размера обрабатываемой детали. Этого недостатка лишены двухсторонние станки, обрабатывающие деталь одновременно с двух противоположных сторон. Станки проходного типа, предназначенные для торцевания заготовок с получением точного размера по длине, называются концеравнительными, а специально оснащенные для фрезерования шипов и проушин – двухсторонними шипорезными.

Аналогичные станки, предназначенные для обработки в размер щитовых деталей и прямоугольных рамных конструкций, называются форматнообрезными или форматными. Принципиальное различие между форматнообрезными и двухсторонними шипорезными – в величине шага упоров на их подающих конвейерах. У форматных станков этот шаг больше и должен превышать наибольший размер щитовой детали или рамы при обработке в продольном направлении, или эти упоры выполняются утапливаемыми. На двухсторонних станках могут устанавливаться суппорты со шпинделями для подрезных и отрезных пил, фрез для фрезерования профиля, шлифовальные суппорты и т.д.

Принципиальный недостаток двухсторонних станков – сложность их перенастройки на другой размер обработки, требующей довольно больших затрат времени. В современных станках эта проблема решена за счет применения моторного привода и системы автоматической настройки перемещения подвижной части станины с суппортами в нужное положение. В производстве оконных блоков эти станки используются для фрезерования шипов и проушин, значительно реже – для обгонки рам по периметру.

Угловые обрабатывающие центры

Стремление добиться максимальной гибкости оборудования и снизить время, необходимое для его перенастройки на другие размеры обработки, привело к созданию так называемых угловых установок для обработки брусков, составляющих рамы коробки и створок оконного блока.

Такие станки имеют станину, состоящую из двух частей, расположенных под прямым углом друг к другу. На передней стороне первой части станины расположены направляющие с перемещающейся по ним шипорезной кареткой, имеющей стол, линейку с упором для базирования заготовок, пильный суппорт для торцевания брусковых заготовок и блочный фрезерный суппорт, шпиндель которого оснащается сразу несколькими инструментами: шипорезным, проушечным дисками и фрезой для формирования профиля на торце. Программируемое осевое перемещение этого шпинделя позволяет автоматически выводить необходимый инструмент на позицию обработки.

Вторая часть станины включает стол с продольной базирующей линейкой, установленный над ним роликовый механизм подачи, который при необходимости может откидываться в сторону, и вертикальные фрезерные суппорты – также блочные, оснащенные сразу несколькими фрезами, выводимыми на рабочую позицию по заданной программе, и пильный суппорт для прорезания в заготовке продольных пазов или отрезания раскладки, сформированной при фрезеровании профиля.

Число фрезерных суппортов определяется сложностью фрезеруемого профиля рам оконного блока и составляет от одного до трех. Первый из фрезерных суппортов имеет реверсируемое направление вращения, а следующие за ним работают во встречном направлении по отношению к подаче. При работе станка обрабатываемая заготовка, предварительно профрезерованная на заданную толщину по двум противоположным пластям, укладывается одной из них на стол шипорезной каретки и сверху закрепляется пневмоприжимом. Затем, при движении каретки по направляющим, пила выравнивает торец заготовки и на нем фрезеруются шипы или проушины. После этого каретка возвращается в исходное положение, вручную поворачивается другим торцом, базируется по упору, закрепляется, и каретка совершает второй рабочий ход, останавливаясь в конце перемещения.

В этом положении поперечная линейка каретки и продольная стола совмещаются, и толкатель, расположенный на столе каретки, продвигает заготовку вперед до ее захвата роликами механизма подачи. Во время движения по столу продвигаемой ими заготовки, которая окончательно отрезается вдоль пилой последнего суппорта, на ее продольной кромке фрезеруется внутренний профиль сечения, включающий и раскладку для закрепления стекла или стеклопакета.

Аналогично обрабатываются и другие заготовки, составляющие рамы оконного блока и его створок. При этом их размеры (длины) и профили сечений определяются задаваемой ЧПУ станка программой обработки, вызывающей необходимый фрезерный инструмент, установленный на шпинделях. На этом же станке производится и обгонка собранных рам по контуру с получением заданного профиля по притворам.

Эти центры в различных исполнениях, производимые несколькими компаниями в мире, кардинальных отличий между собой не имеют. В рамках модельного ряда каждого изготовителя они могут отличаться в основном количеством фрезерных суппортов и конструктивными решениями отдельных агрегатов. Выбор такого центра должен осуществляться, исходя из его технологических возможностей по обработке профилей заготовок рам оконного блока и вида, используемых в нем угловых соединений – все полученные с его использованием детали должны быть полностью готовы к сборке.

В последнее десятилетие большинство изготовителей обрабатывающих центров провели оснащение своих станков специальными захватами для закрепления брусковых заготовок, что позволило использовать их и в производстве оконных блоков. На столе такого обрабатывающего центра может сразу устанавливаться весь комплект заготовок оконного блока, включая арочный, и по программе, заданной системе ЧПУ, производится их полная обработка, включая формирование элементов шиповых соединений и штапиков. Такой станок наиболее эффективен при выпуске изделий по заказу, но имеет значительно меньшую производительность, по сравнению с угловыми обрабатывающими центрами.

Сборка и установка фурнитуры

Операция сборки рам оконного блока может иметь различное положение в технологической последовательности их производства. Так, если предусмотрена обгонка собранных рам по контуру, то осуществляется сборка брусков, обработанных только по той поверхности, которая будет обращена внутрь рамы, и имеющих обработанные элементы соединений. Сборка может производиться из брусков уже полностью обработанных. Но точность обработки деталей должна быть настолько высока, чтобы у шиповых соединений не образовывались провесы.

Особое место занимает и технология, предусматривающая отделку брусков рам оконного блока до их сборки: краска не должна попадать на элементы соединения (например, шипы и пазы) и не должна оказывать влияния на прочность готовых соединений. То же касается и отверстий под оконные завертки: при отделке брусков и рам с уже просверленными отверстиями в них попадает отделочный материал, а при сверлении после отделки возможно образование сколов. Крепление заверток предусматривает сверление трех отверстий, положение которых относительно друг друга должно быть строго определено.

Поэтому на рынке существует несколько моделей станков, оснащенных трехшпиндельной сверлильной головкой, что исключает смещение этих отверстий. В современной технологии обычно применяется отделка рам в сборе. При этом отверстия под завертки сверлятся в брусках заранее, до отделки.

Вне зависимости от положения этой операции в технологии производства, сборка осуществляется с использованием гидравлических или пневматических вайм, обеспечивающих полное сжатие и плотное соприкосновение склеиваемых поверхностей, а также гарантированную прямоугольность готовых рам. После обязательной выдержки в вайме, а потом и в свободном состоянии (для полного отверждения клея), в рамы створок устанавливаются стеклопакеты, закрепляемые штапиками, в пазы впрессовываются эластичные уплотнения, и с помощью шурупов на раме закрепляются петли и элементы запорной фурнитуры.

Эти операции осуществляются с использованием ручного механизированного инструмента, и только на крупных высокомеханизированных предприятиях используются специальные стенды, на которых производится автоматическое завертывание шурупов. Но такое оборудование имеет довольно высокую стоимость и редко используется даже на хорошо оснащенных европейских предприятиях. Операция соединения створок оконного блока с коробкой осуществляется вручную на вертикальных стендах.

ДОСТАВКА И УПАКОВКА

Упаковка оконных блоков для доставки по городу обычно не производится. Интересен способ отгрузки, применяемый некоторыми европейскими предприятиями, когда несколько оконных блоков, доставляемых одному потребителю неспециализированным транспортом, сбиваются между собой деревянными планками, гвоздями, входящими в боковые стороны коробок. В результате образуется достаточно прочная конструкция, устойчивая к транспортным нагрузкам, легко разбираемая после доставки.

При поставке оконных блоков на строительство новых объектов, серьезной и пока не решенной проблемой является защита стекла от прожигания раскаленными каплями металла, образующимися при сварке, например, ограждений балконов. Эти повреждения неустранимы и требуют замены всего стеклопакета, для чего необходимо удалить штапики, а это обычно приводит к их разрушению.