Особенности обработки гипсовых форм на фрезерном станке

Гипс представляет собой типичный осадочный материал минерального происхождения. В состав гипса входит кальций, сульфаты, вода. В твёрдой форме гипс обладает стеклянистым (или «шелковистым» матовым) блеском — в зависимости от разновидности внутренней структуры. Чистый гипс бывает белого, серого, красноватого оттенка. А при наличии примесей может обладать желтоватой, розоватой или бурой окраской.

В твёрдом отшлифованном виде гипс напоминает мрамор — поэтому широко применяется в скульптуре, архитектуре, дизайне, для производства малых художественных форм. По сравнению с мрамором гипс имеет значительно меньшую стоимость и в ряде случаев — большее удобство в обработке.

Будучи смешанным с водой гипс затвердевает (с незначительным увеличением объёма) с образованием равномерной мелкокристаллической структуры. Способность к быстрому застыванию делает гипс удобным материалом для производства литых изделий. При этом твёрдость гипса достаточно высока — что не мешает качественно и довольно легко обрабатывать гипс резанием.

Особенности работы с гипсом

При обработке гипса на фрезерном станке с ЧПУ необходимо тщательно укрывать ШВП и направляющие инструментального портала от пыли (которая при работе с гипсом образуется в больших количествах!). Также следует предусмотреть систему вытяжки (аналогично системе улавливания стружки при работе с деревянными заготовками), учитывая при этом, что гипсовая пыль — очень мелкая. Поэтому мешки для сбора пыли должны иметь меньшие поры, чем для улавливания той же стружки. Кроме того, мелкая гипсовая пыль может засорить электродвигатель стружкоотсоса (следует применять строительные пылесосы с хорошей защитой от мелкодисперсной пыли).

Поскольку гипс является хрупким материалом, может возникнуть проблема с креплением заготовок (особенно мелких) на рабочем столе фрезерного станка с ЧПУ. Механические струбцины при сильной затяжке способны повредить гипсовую поверхность. Поэтому следует либо предусмотреть специальные крепёжные «площадки» на заготовке, либо воспользоваться вакуумным прижимом. Причём для работы с гипсом лучше использовать специальные «присоски» (небольшие устройства «точечного» вакуумного крепления). Ибо применение стандартной системы «вакуумный стол» может быть затрудненно из-за обильной пыли при фрезеровании гипсовых заготовок.

Режущий инструмент для обработки гипса

Гипс не слишком требователен с «сложности» режущего инструмента — для обработки заготовок подойдут концевые двухзаходные фрезы различного диаметра (в т. ч. сферические) или конические граверы (можно с наконечником «пирамидка»). В качестве материала режущего инструмента лучше выбирать твёрдый сплав — он приспособлен к работе с повышенной температурой и справится с фрезеровкой без применения СОЖ (жидкость для охлаждения применять не рекомендуется — может повредить гипсовую заготовку!).

При необходимости работы с рельефными изделиями, в качестве режущего инструмента отлично подойдёт коническая фреза с шаровой головкой (диаметром от 1,5 мм и ниже). Режимы обработки следует выбирать «умеренные», в случае ухудшения качества (или быстрого износа режущего инструмента) необходимо снижать скорость подачи. Глубина фрезерования за один проход — не больше диаметра фрезы.

В случае особенно ответственных рельефов (изобилующих массой мелких деталей) рекомендуется следующая последовательность фрезерования:

• черновой проход — торцевая фреза Ø6 мм;
• 3D-обработка — сферическая фреза Ø3 мм;
• 3D-обработка (второй этап) — сферическая фреза Ø1,5 мм;
• финальная доработка рельефа — сферическая фреза Ø0,8 мм.

Последним «штрихом» может быть окончательная доводка коническим гравером контура букв или рельефа. Хотя конкретные этапы и режущий инструмент могут сильно различаться в зависимости от размеров заготовки и глубины/сложности рельефа (в указанном примере общая глубина фрезерования составила 31 мм).

Программные «хитрости» и другие нюансы

Для получения более качественного результата фрезерования гипса можно поэкспериментировать с типом виртуальной модели (перейти от растровой к векторной). Причём «экспериментировать» лучше всего, вырезая буквы. За счёт различия шрифтов/начертаний при фрезеровке буквенных надписей быстро накапливается опыт и понимание — как влияют исходные условия (тип режущего инструмента, размеры заготовки, режимы резания, особенности управляющей программы и т. п.) на конечный результат фрезерования гипса.

При обработке изделий из гипса нужно быть готовым к необходимости использовать (и иметь в наличии!) большое количество режущего инструмента различного типа. Вышеуказанный пример демонстрирует обработку 3D-рельефа как минимум пятью различными фрезами и граверами. И это далеко не предел для получения качественного результата!

При производстве заготовки из гипса следует исключить наличие воздушных пузырей в отливке (они образуют раковины в толще гипсовой заготовки). Для этого следует либо отливать гипсовые заготовки в вакууме, либо соорудить простенький вибростенд.

Преимущество гипса как материала для литьевых форм

На сегодняшний момент существует большое разнообразие модельного материала — пластик, воск, пенопласт, силиконовая резина и пр. При использовании фрезерного станка с ЧПУ мастер-модель (как основа под будущие отливки) может вообще изготавливаться из дерева или МДФ (ещё лучший вариант).

Однако бывает, что гипс в качестве модельного материала оказывается удобнее. К примеру, сложная модель может предполагать большой объём ручной доработки. Тогда для резчика гипс — самый доступный и дешёвый материал (в сравнении с деревом или тем более МДФ).

Ещё один плюс — гипс поглощает воду. И хотя при этом мастер-модель через некоторое время приходит в негодность, при отливке в гипсовые формы само изделие высыхает быстрее (отдавая влагу гипсу) и рельеф получается чётче. Данное свойство особенно ценно при отливке посуды в гипсовые формы.