Spagless technology for one-piece WC casting · 2018-01-10 · 98 CWR 124/2017 Domenico Fortuna, Setec (Civita Castellana, Italy) The one-piece WC, a solution that incorporates both

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Domenico Fortuna, Setec (Civita Castellana, Italy)

The one-piece WC, a solution that incorporates both the WC body and the cistern in a single piece, is typical of the North-ern American and Asian markets but is now becoming pop-ular almost everywhere. It comes in different models, some of which are of considerable size and weight (up to 50 kg/piece). In America and Asia the WC is generally made by sep-arating the WC body from the rim, which is then attached at a later stage. At an industrial level, it is not possible to pro-duce these sanitaryware products by manual casting or with old semi-automatic casting bench systems as they are more suitable for smaller items. Moulds for these large articles are so cumbersome and heavy that automatic casting techniques are required to minimise the operator’s physical effort and to optimise quantitative yields. Two different technological solutions are available today for the automated casting of a one-piece WC pan:• High-pressure (HP) casting with resin moulds and single

moulding machines (one for the WC body and one for the rim to be glued). The casting island also features a robot with several functions, the most important of which are at-taching the rim and/or demoulding the piece. Different manufacturers adopt different technological solutions, but the basic operation is the same.

• Repeated casting with spagless technology applied to a new fully automatic Big One machine built by Setec. This machine is modular and each module can cast 2 pieces per casting (in the case of WC pans with glued-on rim; instead it can cast 4 pieces per casting for other types of pans us-ing dowels).

This report compares the two technological solutions and highlights their advantages/disadvantages. The analysis will also be extended to the different technological characteris-tics and to the different requirements that the slip must meet to optimise the use of these two casting techniques. For an accurate comparison it is necessary to refer to the same type and quantity of production.

❱ Analysis of the main characteristics of the machines and their consumptions

Table 1 shows the levels of consumption recorded in produc-tion (adapted to make the data homogeneous and compara-ble) during casting of 48 pieces in 24 hours over three work shifts.

I vasi monoblocco tipo one-piece, che includono in un unico elemento sia il cor-po del WC che la cassetta, sono articoli tipici nel mercato nordamericano e in Asia, seb-bene si siano ormai diffusi in quasi tutti i Paesi. Realizzati in diversi design, alcuni raggiun-gono dimensioni e pesi con-siderevoli (fino a 50 kg/pez-zo). Generalmente, in America e Asia il vaso viene realizzato dividendo il corpo dalla brida, attaccata successivamente. A livello industriale non è pos-sibile produrre questo tipo di sanitari tramite colaggio ma-nuale o con i vecchi sistemi semiautomatici di colaggio a pacco, più adatti per articoli di piccole dimensioni. Gli stampi per questi vasi sono talmente ingombranti e pesanti che ne-cessitano di tecniche automa-tiche di colaggio, così da mini-mizzare lo sforzo fisico dell’o-peratore e ottimizzare la resa produttiva. Oggi sono disponibili due di-verse soluzioni tecnologiche per il colaggio automatico di un vaso one-piece:• Colaggio ad alta pressio-

ne con stampi in resina e macchine di formatura sin-gola diversificate per il cor-po del WC e per la brida da incollare. Completa l’iso-la di colaggio un robot con differenti funzioni, tra cui le più importanti sono l’attac-co della brida e/o estrazio-ne del pezzo. Esistono di-verse soluzioni tecnologi-

Spagless technology for one-piece WC casting

Tecnologia spagless per il colaggio di vasi one-piece

che adottate dai diversi pro-duttori, ma le operazioni di base sono le stesse.

• Colaggio a più cicli con tec-nologia spagless realizza-ta con “Big One”, la nuo-va macchina completamen-te automatica prodotta da Setec. La linea è di tipo mo-dulare; nel caso di vasi con brida incollata ogni modulo può lavorare 2 pezzi per ogni operazione di colaggio, men-tre nel caso di altri tipi di vasi con tasselli è in grado di co-lare 4 pezzi per ogni colag-gio.

Il presente studio mette a con-fronto le due tecnologie eviden-ziandone vantaggi e svantaggi. L’analisi viene estesa anche alle diverse caratteristiche tecnolo-giche e ai requisiti che la barbot-tina dovrebbe avere per ottimiz-zare l’utilizzo di queste due tec-niche di colaggio. Per un con-fronto accurato si è fatto riferi-mento a produzioni omogenee per tipo e quantità.

❱ Analisi delle principali caratteristiche delle macchine e del loro consumo

Nella tabella 1 sono riportati i consumi registrati in produzio-ne (e adattati per rendere i da-ti omogenei e paragonabili) du-rante il colaggio di 48 pezzi in 24 ore su tre turni di lavoro.I costi delle macchine sono va-lori medi e non comprendono gli accessori (impianti di trattamen-

to dell’acqua per il lavaggio di stampi, essiccazione rapida dei pezzi colati ecc.) che per il processo ad alta pressione possono raggiungere cifre im-portanti. Il costo degli stampi può variare considerevolmen-te in base al tipo e alla com-plessità del pezzo da colare e può essere più alto, soprattut-to per gli stampi in resina.

❱ Analisi dei costi di produzione

Le variabili che incidono mag-giormente sui costi di produ-

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SanitarywareFocus on

SETEC GROUPIIS.r.L.

tunnel

The machine costs are average values and do not include ac-cessories (water treatment plants for mould washing, rapid drying of casting pieces etc.), which for the high-pressure pro-cess can reach significant values. The cost of the moulds may vary considerably according to the type and complexity of the piece and may be higher, especially for resin moulds.

❱ Analysis of production costs

The main production cost items in the sanitaryware industry are staff, raw materials, energy, machine depreciation and moulds.Table 2 compares the main production costs for the two cast-ing techniques. These figures may vary slightly depending on the characteristics of the machine, mould and slip, but not so significantly as to invalidate the comparison.To simplify the analysis, productivity/employee (for the same

zione dei sanitari sono: il per-sonale, le materie prime, l’energia, l’ammortamento macchina e gli stampi.La tabella 2 mette a confron-to i principali costi di produzio-ne delle due tecniche di colag-gio. Naturalmente i dati riporta-ti posso variare leggermente in base alle caratteristiche della macchina, stampi e barbottina, ma non in modo significativo da rendere invalido il confronto.Per semplificare l’analisi, la pro-duttività/dipendente (con lo stesso grado di automazione) è stata considerata simile per

TABLE 1. MAIN DATA FOR BOTH TECHNOLOGICAL SOLUTIONS FOR ONE-PIECE WC CASTING

Principali dati relativi alle due tecnologie per colaggio di vasi one-pieceHigh pressure machine: 1 machine casting the body,

1 machine casting the rim, 1 casting/manipulation robotMacchina ad alta pressione: 1 macchina per colare il corpo, 1 macchina per colare la brida

1 robot di colaggio/manipolazione

Big One spagless casting 1 line of 4 modules

Colaggio spagless “Big One” 1 linea da 4 moduli

Production capacity over 24 hoursCapacità produttiva nelle 24 ore

48 pieces / 48 pezzi 48 pieces / 48 pezzi

Occupied surface Superficie occupata 40 sq.m / mq. 70 sq.m / mq.

Number of mouldsNumero di stampi

2 (1 for WC body + 1 for rim)(1 per corpo WC + 1 per brida)

16 (8 for WC bodies + 8 for rims)(8 per corpi WC + 8 per brida)

Mould material Materiale degli stampi Resin / resina Gypsum / gesso

Average installed power Potenza media installata

70 kW (Including tank for slip heating)(Compresa vasca per riscaldare barbottina) 40 kW

Compressed air consumption at 6/12 bar Consumo aria compressa a 6/12 bar 180 l/ cast piece / pezzo colato 2 l / cast piece / pezzo colato

Compressed air consumption at 1.5 bar Consumo aria compressa a 1.5 bar

/ 333 l/cast piece / pezzo colato

Water consumption at 40 °C Consumo d’acqua a 40 °C 80 l / piece / pezzo /

Average machine investmentInvestimento medio della macchina € 650,000 € 320,000

Mould cost (excluding modelling)Costo degli stampi (esclusa la modellazione) € 56,000 € 200

Mould life Ciclo di vita degli stampi 30,000 castings / colaggi 100 castings / colaggi

i due tipi di tecnologie, anche se in realtà il colaggio ad alta pressione presuppone l’utiliz-zo di personale di supporto al-tamente qualificato (esperti di elettronica e meccanica) che garantiscono un funzionamen-to efficiente e continuo delle macchine. Il costo delle materie pri-me dovrebbe essere uguale per entrambe le tecniche, an-che se in realtà non è sempre così, dato che per ottimizzare la barbottina per il colaggio ad alta pressione potrebbe esse-re necessario utilizzare mate-rie prime più costose. Tuttavia, per semplicità si è ipotizzato che l’incidenza delle materie prime sia uguale in entrambi i casi, quindi è stata considera-ta una voce di costo neutra per i fini del confronto.Nell’analisi dei costi della pro-duzione industriale, quel-li relativi ad ammortamento, stampi, consumo di elettrici-tà (compresa quella che serve per la produzione di aria com-pressa) devono ancora esse-re considerati. Occorre tenere in considerazione anche i co-sti di manutenzione, che pos-sono toccare cifre importan-ti, ma che in questo caso sono stati omessi per la difficoltà di stabilire un valore medio del-la spesa. Tale voce può infat-ti variare in base alla tipologia di macchine, al costo dei pez-zi di ricambio, al tipo di manu-tenzione necessaria (program-mata o al bisogno) e alle com-

level of automation) is considered to be similar for the two solutions, although in reality the high-pressure casting pro-cess requires the presence of highly qualified personnel (elec-tronic and mechanical experts) to ensure efficient and contin-uous operation of machines. Although the cost of raw materials should in theory be the same for both techniques, in reality this is not always the case. With high-pressure casting it may be necessary to use more expensive raw materials to optimise the slip. However, for the sake of simplicity it was assumed that raw materials costs are the same in both cases and this was therefore considered a neutral cost item for comparison purposes.The analysis of industrial production costs still has to take account of machine depreciation, mould cost and electrici-ty consumption (including the electricity required to produce compressed air). Although maintenance costs may be signif-icant, they have been omitted as it is very difficult to estab-lish an average value. They can vary greatly according to the type of machine, the cost of spare parts, the type of mainte-nance required (scheduled or when needed) and the level of skill of the technicians involved. Given the high complexity of the high-pressure casting machine, it is assumed that this cost item is higher for this technology. Other costs concerning water purification, property depreci-ation, mould disposal, etc. have a negligible impact on total costs and have therefore been disregarded. Although these values are likely to vary considerably accord-ing to unit energy costs, Table 2 shows that the spagless tech-nology applied to an automatic machine such as the Big One allows significant savings to be made in terms of industrial production costs even without considering the higher cost of the high-pressure solution.

❱ Impact of slips

High-pressure casting of one-piece WC pans is performed us-ing single-mould machines. This means that to produce the 48 pieces in about 22 hours of daily work requires a cycle time of under 27.5 minutes. This time depends on the character-istics of the resin mould, the working pressure and above all the properties of the slip. There have been cases in which the cycle time has never fallen below 40-38 minutes when using slip in high-pressure casting with plaster moulds. This means that to optimise the yield of the casting process when using

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petenze dei tecnici coinvolti. Tuttavia, l’elevata complessi-tà della macchina di colaggio ad alta pressione fa presuppor-re costi di manutenzione più ele-vati. Altri costi legati alla purificazio-ne dell’acqua, ammortamento dell’immobile, smaltimento degli stampi ecc., avendo un impatto minimo sui costi totali, sono sta-ti volutamente trascurati. Sebbene i valori possano varia-re notevolmente in base ai co-sti energetici unitari, la tabella 2 evidenzia un notevole risparmio sui costi di produzione offerto dalla tecnologia spagless appli-cata ad una macchina automati-ca come il “Big One”, e questo nonostante sia stato trascurato il costo maggiore della soluzio-ne ad alta pressione.

❱ Impatto della barbottina

Il colaggio ad alta pressione di vasi one-piece prevede macchi-ne a stampo singolo. Ciò signi-fica che per ottenere 48 pezzi in circa 22 ore di lavoro al gior-no sarà necessario un ciclo infe-riore a 27,5 minuti. Questo tem-po dipende dalle caratteristi-che dello stampo in resina, dalla pressione di lavoro, ma soprat-tutto dalle proprietà della bar-bottina. Infatti, usando la bar-bottina tipica della produzio-ne con stampi in gesso nel co-laggio ad alta pressione, si sono verificati casi in cui i tempi del ciclo non sono mai scesi sot-to i 40-38 minuti. Ciò significa

TABLE 2. INDUSTRIAL COSTS OF THE TWO TECHNOLOGICAL SOLUTIONS FOR ONE-PIECE WC CASTINGCosti industriali relativi alle due tecnologie di colaggio di vasi one-piece

Costs / Costi

High pressure machine: 1 machine casting the body,1 machine casting the rim, 1 casting/manipulation robot

Macchina ad alta pressione: 1 macchina per colare il corpo, 1 macchina per colare la brida 1 robot di colaggio/manipolazione

Big One spagless casting 1 line of 4 modules

Colaggio spagless “Big One” 1 linea da 4 moduli

Machine depreciation in 10 years (€/piece)Deprezzamento macchina in 10 anni (€/pezzo) 4.5 2.22

Electricity consumption (including compressed air consumption)*Consumo di elettricità (incluso consumo di aria compressa)*

~18 kWh / piece ~ pezzo 2.16 € / piece ~ pezzo

~1.3 kWh / piece ~ pezzo 0.18 € / piece ~ pezzo

Mould cost (€/piece) ~ Costo stampo (€/pezzo) 1.87 2.00

Total (€/piece) ~ Totale (€/pezzo) 8.53 4.38

* With unit cost of about 0.12 €/kWh ~ * Con costi unitari di circa 0,12 €/kWh

Alurubber of fers the flexibility of the traditional rubber linings along with the protection of high density alumina cylinders, making possible the installation in any type

of continuous or modular continuous mill and a three times higher protec-

tion compared to a similar rubber lin-ing.

Alurubber lining is used on the cylinder with plate plus lifter, on the feed head and

in the connection between the cylinder and the feed head.

Alurubber offre la flessibilità dei tradizionali rivestimenti in gomma unita alla protezione dei cilindretti in al-lumina ad alta densità, creando un prodotto installabile su ogni tipo di mulino continuo o modulare ed una resistenza all’usura triplicata rispetto ad un equivalente rivestimento in gomma. Il rivestimento Alurubber può essere utilizzato sul cilindro con piastra più lifter, sulla testata e sul raccordo testata-cilin-dro.

a high-pressure machine, it is necessary to use a purpose-de-signed slip.It is not possible to use the normal slip used for plaster moulds casting without allowing for a significant loss in pro-ductivity (potentially from 48 to 31 pieces/day with the same machine and the same mould). Slips with a low coefficient of compressibility, very narrow particle size distribution and low packing index should be used.In practical terms, this means using clay and kaolins with very fine particle size (and lower plasticity) characterised by a coarser fine grain but lower mechanical strength. The importance of the coefficient of compressibility is ex-pressed by the equation:

α = α0 x Pn

where:

α = filtration resistance posed by the thickened slip layer at pressure P

α0 = filtration resistance posed by the thickened slip layer at pressure P0

n = compressibility coefficient of the slip.

Note that the filtration resistance (and hence the thickness formation time and hardening time) increase exponentially with the compressibility coefficient (all other factors remain-ing equal). This depends on the type of materials used, the working pressure and the specific weight of the body, which further complicates the search for the best compromise in the slip formulation. As an example, Table 3 shows the values obtained during the experimental phase for α and for the moisture content of the cast piece for slips with different specific weights at various casting pressures. The test was carried out under the same rheological conditions, so the lower concentration of defloc-culants used corresponds to a lower specific weight.

Analysing the data in the table for each working pressure, it can be assumed that a reduction in the specific weight of the body (and consequently a lower deflocculant content) has two main effects.

bottina densificata alla pres-sione P0

n = coefficiente di compressibili-tà della barbottina.

Si nota come la resistenza alla filtrazione (e quindi i tempi di for-mazione dello spessore e indu-rimento) aumenti esponenzial-mente (a parità di ogni altro fat-tore) con l’aumento del coeffi-ciente di compressibilità. Que-sto dipende dal tipo di materia-li usati, dalla pressione di lavo-ro, ma anche dal peso specifi-co del corpo che complicano ul-teriormente la ricerca del miglior compromesso nella formulazio-ne della barbottina. La tabella 3 mostra, a titolo esemplificativo, i valori ottenuti durante la fase sperimentale per “α” e per l’umidità del pezzo co-lato, per barbottine con diverso peso specifico, a varie pressio-ni di colaggio. La prova è stata condotta mantenendo le stesse condizioni reologiche, quindi al-la più bassa concentrazione dei deflocculanti utilizzati corrispon-de un peso specifico minore.

Analizzando i dati in tabella per ogni pressione di lavoro, si può desumere che la riduzione del peso specifico del corpo (e quindi un contenuto di defloc-culanti più basso) ha due effet-ti principali. Il primo riguarda il coefficiente di resistenza del corpo che dimi-nuisce in modo significativo; ma

che per ottimizzare la resa del processo di colaggio con una macchina ad alta pressione, è necessario utilizzare una bar-bottina studiata ad hoc.Non è infatti possibile utilizzare la barbottina normalmente uti-lizzata per il colaggio su stam-pi in gesso senza mettere in conto una significativa perdita di produttività (questa può di-minuire da 48 a 31 pezzi/gior-no utilizzando la stessa mac-china e lo stesso stampo). In particolare dovrebbero essere usate barbottine caratterizza-te da un basso coefficiente di compressibilità, distribuzione granulometrica molto stretta e fattore di impacchettamen-to basso.In termini pratici dovrebbero essere utilizzati argilla e caoli-no con granulometrie molto fini (e ridotta plasticità), caratteriz-zati da una grana fine più gros-sa ma anche da una ridotta re-sistenza meccanica. L’importanza del coefficiente di compressibilità è evidenzia-ta dalla equazione:

α = α0 x Pn

dove:

α = resistenza alla filtrazio-ne opposta dallo strato di barbottina densificata alla pressione P

α0 = resistenza alla filtrazione opposta dallo strato di bar-

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TABLE 3 - VALUES OBTAINED IN THE EXPERIMENTAL PHASE FOR α, W AND THE MOISTURE CONTENT OF THE CAST PIECE FOR THE VARIOUS SLIPS CAST AT DIFFERENT PRESSURES

Valori ottenuti durante la fase sperimentale per α, W e l’umidità del pezzo colato per le varie barbottine, colate a pressioni diverse

Pressure (bar)Pressione (bar) 5 10 15 20

Slip C1 C C2 C1 C C2 C1 C C2 C1 C C2

α (cm∙g-1) 3.750 2.244 1.938 5.340 2.580 2.256 6.300 2.700 2.118 8.220 2.910 2.310

Water content after thickness formation time (%)Contenuto di acqua dopo il tempo di formazione di spessore (%)

20.4 22.7 23.7 20.6 22.2 22.6 20.2 21.4 22.4 18.9 21.1 21

α = filtration resistance posed by the thickened slip layer at pressure Pα = resistenza alla filtrazione opposta dallo strato di barbottina densificata alla pressione P.

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l’aspetto più importante è che la riduzione del peso specifi-co (e dell’agente fluidificante) riduce al minimo l’incremento in “α” grazie alla maggior pres-sione di colaggio. Portando infatti la pressione di colaggio da 10 a 20 bar, pos-siamo osservare le seguenti variazioni percentuali di α che corrispondono ai vari pesi spe-cifici:

Questo significa che la diminu-zione del peso specifico (e de-gli agenti fluidificanti) aumenta significativamente l’efficienza del colaggio ad alta pressione. Questo tuttavia significa che il coefficiente di compressibilità del corpo “n” si riduce in mo-do importante quando aumen-ta la percentuale d’acqua nella barbottina.Infatti, per quanto riguarda la barbottina usata nell’esperi-mento, sono state ottenute le seguenti equazioni per calco-lare “α”:

Pertanto, con il peso specifico e il dosaggio degli agenti flui-dificanti, il coefficiente di com-pressibilità del corpo scende da 0,57 a 0,10.

Il secondo effetto è un incre-mento del contenuto d’acqua nel pezzo colato con riduzio-

ne del peso specifico; il risulta-to è abbastanza ovvio in quanto è stata usata una barbottina con alto contenuto d’acqua. Si può pertanto concludere che non è possibile determinare il comportamento di una barbot-tina durante la filtrazione a par-tire dai suoi valori reologici, da-to che questi possono esse-re uguali a pesi specifici diver-si producendo differenti risulta-

ti di filtrazione. In generale, ci sarà una signi-ficativa diminuzione dei tempi di formazione dello spessore legati alla riduzione del peso

specifico della barbottina e alla diminuzione del dosaggio degli agenti fluidificanti. La tabella 4 riporta i risultati spe-rimentali ottenuti.Si può notare che a 5 bar, la ri-duzione del tempo di formazio-ne dello spessore da C1 a C2, è di circa 7,5 minuti, mentre a 20 bar è di 6 minuti. A 15 bar, il tempo di formazione dello spessore è quasi dimezza-to. Appare dunque evidente che il peso specifico e il dosaggio de-gli agenti fluidificanti hanno un

effetto determinante sull’evoluzione del-la formazione della struttura (più o meno porosa) dello spes-

sore del corpo formato. In particolare, si può suppor-re che con più acqua e meno deflocculanti, ci saranno parti-celle di argilla parzialmente floc-culate, quindi facenti parte di agglomerati più grandi. Questi, anche sotto l’effetto del-la pressione, portano a struttu-

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The first is a significant reduction in the coefficient of resist-ance of the body, but the most important aspect is the fact that the reduction in specific weight (and of the fluidising agent) minimises the increase in α due to the increased cast-ing pressure. Increasing the casting pressure from 10 bar to 20 bar, we can observe the following percentage variations of α corresponding to the various specific weights:

This means that reducing the specific weight (and the fluidis-ing agents) greatly increases the efficiency of high-pressure casting. However, this also means that the coefficient of com-pressibility of the body n decreases significantly as the per-centage of water in the slip increases. For the slip used in the experiment, the following equations for calculating α are ob-tained:

This means that with the specific weight and the dosage of the fluidising agents, the coefficient of compressibility of the body falls from 0.57 to 0.10.

The second effect is an increase in water content of the cast piece with a reduction in specific weight. This result is fairly obvious as a slip with a higher water content has been used. We can therefore conclude that it is not possible to deter-mine the behaviour of a slip during filtration from its rheolog-ical values, given that these may be equal at different specific weights giving different filtration results. Normally, reducing the specific weight of the slip and the dos-age of fluidising agents will result in a significant decrease in thickness formation times. Table 4 shows the experimen-tal values obtained. We can observe that at 5 bar the reduc-tion in thickness formation time from C1 to C2 is approximate-ly 7.5 minutes, whereas at 20 bar it is 6 minutes. At 15 bar, the thickness formation time is practically halved. So the specific weight and dosage of the fluidising agents clearly have a crit-ical effect on thickness formation of the more or less porous body. Specifically, it can be assumed that with more water and less deflocculant there will be clay particles that are partially flocculated and are therefore part of largest agglomerations.

C1 s.w. 1,850 g/l Δα = + 53.9 %

C s.w. 1,800 g/l Δα = + 12.8 %

C2 s.w. 1,750 g/l Δα = + 2.4 %

C1 p.s. 1.850 g/l Δα = + 53,9 %

C p.s. 1.800 g/l Δα = + 12,8 %

C2 p.s. 1.750 g/l Δα = + 2,4 %

C1 s.w. 1,850 g/l α = α0 ∙ Pn = 1.400 ∙ P 0.57

C s.w. 1,800 g/l α = α0 ∙ Pn = 1.682 ∙ P 0.18

C2 s.w. 1,750 g/l α = α0 ∙ Pn = 1.665 ∙ P 0.10

C1 p.s. 1.850 g/l α = α0 ∙ Pn = 1.400 ∙ P 0,57

C p.s. 1.800 g/l α = α0 ∙ Pn = 1.682 ∙ P 0,18

C2 p.s. 1.750 g/l α = α0 ∙ Pn = 1.665 ∙ P 0,10

TABLE 4 - EXPERIMENTAL VALUES OBTAINED FOR THE TIME T REQUIRED TO FORM AN 8 MM THICKNESS AT THE VARIOUS WORKING PRESSURES WITH SLIPS OF DIFFERENT SPECIFIC WEIGHTS

Valori sperimentali ottenuti per il tempo “t” necessario alle varie pressioni di lavoro per formare uno spessore di 8 mm con barbottine di peso specifico diverso

Specific weight of the slipPeso specifico della

barbottina

5 bart (min)

10 bart (min)

15 bart (min)

20 bart (min)

1840 g/l 17.5 12.2 10.5 9.7

1800 g/l 11.3 7.8 5.3 4.8

1750 g/l 10.2 6.5 4.7 3.7

Even when subjected to pressure, these result in structures that are less compact and more porous, thereby facilitating filtration.

The values given in this report are obviously only indicative and serve to highlight the effect that the various characteris-tics have on thickness formation in high pressure casting and the importance of the choice of raw materials and operational parameters. Of course the slip for casting with plaster moulds also needs to be optimised, but this is a simple operation and has little impact on the casting cycle time and consequent-ly on the productivity of the machine. In spagless casting on-ly two castings are performed per shift, so a difference of a few minutes in the thickness and hardening time does not af-fect the machine’s overall performance. In an industrial plant where the two casting systems coexist, there may be a need for a separate distribution line for high-pressure casting. Another aspect to bear in mind is that the raw materials for producing high-pressure slip have particular characteristics and need a high degree of stability. The cost of purchasing raw materials has a significant impact on the cost of the final product, especially for companies that operate in countries with low labour costs. Raw materials are therefore one of the major cost items in high-pressure casting technology.

❱ The advantages of the two technologies

In view of the above, we can summarise the main advantages of the two technologies. High-pressure casting guarantees:• shorter mould change time per piece,• greater dimensional uniformity of the pieces as the resin

mould is not subject to wear,• lower average water content of cast piece,• lower total compressed air consumption,• less occupied space (about 43% less).By contrast, Big One spagless technology offers the follow-ing advantages: • lower overall production cost (about 49% lower), • lower initial investment in the machine and moulds, • greater operating flexibility: it is possible to produce mul-

tiple items at the same time as well as any kind of WC pan (including with dowels),

• lower overall consumption of energy and water requiring treatment,

re meno compatte e più poro-se che facilitano la filtrazione.

I valori riportati in questo stu-dio sono ovviamente solo in-dicativi e servono ad eviden-ziare l’incidenza delle varie caratteristiche sulla formazio-ne dello spessore con tecno-logia di colaggio ad alta pres-sione, e quanto sia fonda-mentale la scelta delle mate-rie prime e dei parametri ope-rativi. La barbottina utilizzata per il colaggio con stampi in ges-so necessita ovviamente an-che di essere ottimizzata; ma questo, oltre ad essere un’o-perazione semplice, incide poco sui tempi del ciclo di colaggio e sulla produttivi-tà della macchina. Infatti, nel colaggio spagless, vengo-no effettuati solo due colag-gi/turno, quindi una variazio-ne di qualche minuto del tem-po di formazione di spesso-re e di indurimento non incide sulla prestazione della mac-china.In un impianto industriale do-ve coesistono due sistemi di colaggio, potrebbe esserci bisogno di una linea di distri-buzione separata per il colag-gio ad alta pressione. Un altro aspetto da consi-derare è che le materie pri-me utilizzate per produrre la barbottina per il colaggio ad alta pressione devono ave-re determinate caratteristiche e necessitano di un alto gra-

do di stabilità. I costi di acqui-sto della materia prima, in par-ticolare per le aziende che ope-rano in Paesi dove il costo della manodopera è molto basso, in-cidono in modo significativo sui costi del prodotto finale. Le materie prime, pertanto, rap-presentano una delle principa-li voci di spesa nella tecnologia ad alta pressione.

❱ I vantaggi delle due soluzioni tecnologiche

Alla luce di quanto esposto, ri-assumiamo i principali vantaggi delle due tecnologie. Il colaggio ad alta pressione garantisce:• minor tempo di cambio stam-

po per pezzo,• maggiore uniformità dimen-

sionale dei pezzi poiché lo stampo in resina non è sog-getto ad usura,

• minore umidità media del pezzo colato,

• minore consumo totale di aria compressa,

• minore spazio occupato (cir-ca il 43% in meno).

La tecnologia spagless “Big One” comporta, d’altro canto: • minore costo complessivo di

produzione (circa il 49% in meno),

• minore investimento inizia-le per la macchina e per gli stampi,

• maggiore flessibilità operati-va: è possibile produrre più articoli nello stesso momen-to e qualsiasi tipo di WC (an-che con tasselli),

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• much shorter time for setting up new products (including model de-velopment time),

• greater ease of optimising slip and setting up new models.

Note that mould changing on HP ma-chines is certainly faster. However, the production set-up must be repro-grammed following mould replace-ment (for the same article) due to in-evitable differences in resin mould porosity. This issue is naturally accen-tuated by the fact that the piece is more complicated (the one-piece WC pan is definitely the most complex piece to cast). Moreover, the problem is even more significant when chang-ing the type of piece to be cast. It should also be considered that each mould change in one-piece high pres-sure casting will be associated with a high initial percentage of broken cast-ing pieces, greatly reducing the actu-al performance of the machine. As is always the case, there is no sin-gle optimal solution that has no con-traindications. It is therefore neces-sary to perform a case-by-case as-sessment of the characteristics of the different technologies that best meet the needs of the different production systems. The aim of this study is to offer eval-uation elements that may make this choice easier. 5

• minore consumo totale di energia e di acqua da depurare,

• minore manutenzione della macchina (quindi minori costi),

• riduzione dei tempi di preparazione di nuovi prodotti (compreso il tempo di sviluppo di modelli),

• maggiore facilità nell’ottimizzare la bar-bottina e impostare nuovi modelli.

Va sottolineato che il cambio dello stam-po nella macchina HP sarà sicuramente più veloce. Tuttavia, la configurazione del-la produzione dopo la sostituzione dello stampo (stesso articolo) deve essere nuo-vamente programmata a causa delle diffe-renze inevitabili nella porosità dello stam-po in resina. Naturalmente, questa compli-cazione è più accentuata poiché il pezzo è più complicato (il WC one-piece è sicura-mente il pezzo più complesso da colare). Il problema si accentua quando si cambia la tipologia del pezzo da colare. Si dovreb-be inoltre considerare che ogni cambio stampo nella produzione di one-piece ad alta pressione sarà associato inizialmen-te ad un’elevata percentuale di pezzi rot-ti, che incide notevolmente sulle prestazio-ni reali della macchina. Come sempre ac-cade in ogni situazione, non esiste una so-luzione ottimale che non abbia controindi-cazioni. È quindi necessario valutare caso per ca-so le caratteristiche delle diverse tecnolo-gie che meglio soddisfano le esigenze dei vari sistemi produttivi. L’obiettivo di questo studio è proprio quel-lo di offrire elementi di valutazione che po-trebbero rendere più facile la scelta. 5

Layout of The Big One

ADVE

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