Эпоксидный гранит, также известный как синтетический гранит, представляет собой смесь эпоксидной смолы и гранита, широко используемую в качестве альтернативного материала для оснований станков. Эпоксидный гранит используется вместо чугуна и стали для лучшего гашения вибраций, увеличения срока службы инструмента и снижения стоимости сборки.
Станочная база
Для обеспечения статических и динамических характеристик станков и других высокоточных машин необходимы высокая жёсткость, долговременная стабильность и отличные демпфирующие характеристики основного материала. Наиболее распространёнными материалами для этих конструкций являются чугун, сварные стальные конструкции и натуральный гранит. Из-за низкой долговременной стабильности и очень низких демпфирующих свойств стальные конструкции редко используются там, где требуется высокая точность. Высококачественный чугун, прошедший процедуру снятия напряжений и отжига, обеспечивает размерную стабильность конструкции и позволяет отливать изделия сложной формы, но требует дорогостоящей механической обработки для формирования прецизионных поверхностей после литья.
Качественный натуральный гранит становится всё труднее найти, но он обладает более высокой демпфирующей способностью, чем чугун. Как и в случае с чугуном, обработка натурального гранита трудоёмка и дорога.
Прецизионные гранитные отливки производятся путём смешивания гранитного заполнителя (измельчённого, промытого и высушенного) с эпоксидной смолой при температуре окружающей среды (т.е. методом холодного отверждения). В состав может также входить кварцевый наполнитель. Виброуплотнение в процессе формования обеспечивает плотное уплотнение заполнителя.
Резьбовые вставки, стальные пластины и трубопроводы для охлаждающей жидкости могут быть отлиты в процессе литья. Для достижения ещё большей универсальности линейные направляющие, шлифованные направляющие и опоры двигателей могут быть скопированы или залиты, что исключает необходимость в последующей обработке. Качество поверхности отливки не уступает качеству поверхности формы.
Преимущества и недостатки
Преимущества включают в себя:
■ Гашение вибраций.
■ Гибкость: в полимерную основу можно интегрировать индивидуальные линейные направляющие, баки для гидравлической жидкости, резьбовые вставки, смазочно-охлаждающую жидкость и трубопроводы.
■ Включение вставок и т.п. позволяет значительно сократить объем механической обработки готовой отливки.
■ Время сборки сокращается за счет объединения нескольких компонентов в одну отливку.
■ Не требует одинаковой толщины стенок, что обеспечивает большую гибкость проектирования вашего основания.
■ Химическая стойкость к большинству распространенных растворителей, кислот, щелочей и смазочно-охлаждающих жидкостей.
■ Не требует покраски.
■Композит имеет плотность, примерно такую же, как алюминий (но детали толще для достижения эквивалентной прочности).
■ Процесс литья композитного полимербетона потребляет гораздо меньше энергии, чем литье металла. Производство полимерных литьевых смол потребляет очень мало энергии, а процесс литья происходит при комнатной температуре.
Эпоксидный гранит обладает коэффициентом внутреннего демпфирования, который до десяти раз лучше, чем у чугуна, до трёх раз лучше, чем у натурального гранита, и до тридцати раз лучше, чем у стальных конструкций. Он не подвержен воздействию охлаждающих жидкостей, обладает превосходной долговременной стабильностью, повышенной термостойкостью, высокой крутильной и динамической жёсткостью, отличным шумопоглощением и пренебрежимо малыми внутренними напряжениями.
К недостаткам можно отнести низкую прочность на тонких участках (менее 1 дюйма (25 мм)), низкую прочность на разрыв и низкую ударопрочность.
Введение в рамы из минерального литья
Минеральное литьё — один из самых эффективных современных конструкционных материалов. Производители прецизионных станков были одними из пионеров применения минерального литья. Сегодня его применение в фрезерных станках с ЧПУ, сверлильных станках, шлифовальных станках и электроэрозионных станках растёт, и его преимущества не ограничиваются высокоскоростными станками.
Минеральное литьё, также известное как эпоксидный гранитный материал, состоит из минеральных наполнителей, таких как гравий, кварцевый песок, ледниковая мука и связующие вещества. Материал смешивается в соответствии с точными спецификациями и заливается в формы в холодном виде. Прочная основа — залог успеха!
Современные станки должны работать всё быстрее и быстрее, обеспечивая небывалую точность. Однако высокие скорости перемещения и тяжёлая обработка приводят к нежелательным вибрациям станины станка. Эти вибрации негативно влияют на поверхность детали и сокращают срок службы инструмента. Станины из минерального литья быстро снижают вибрацию – примерно в 6 раз быстрее, чем чугунные, и в 10 раз быстрее, чем стальные.
Станки со станинами из минерального литья, такие как фрезерные и шлифовальные, значительно повышают точность и качество обработки поверхности. Кроме того, значительно снижается износ инструмента и увеличивается срок его службы.
Литая рама из композитного минерального (эпоксидно-гранитного) материала имеет ряд преимуществ:
- Формообразование и прочность: Процесс минерального литья обеспечивает исключительную степень свободы в отношении формы деталей. Специфические характеристики материала и процесса обеспечивают сравнительно высокую прочность и значительно меньший вес.
- Интеграция инфраструктуры: процесс литья из минералов обеспечивает простую интеграцию конструкции и дополнительных компонентов, таких как направляющие, резьбовые вставки и соединения для коммуникаций, в ходе самого процесса литья.
- Изготовление сложных машинных конструкций: то, что было бы немыслимо при использовании традиционных процессов, становится возможным благодаря литью из минералов: несколько составных частей могут быть собраны в сложные конструкции с помощью клеевых соединений.
- Экономичная точность размеров: во многих случаях минеральные литые детали отливаются с соблюдением окончательных размеров, поскольку при затвердевании практически не происходит усадки. Это позволяет отказаться от дальнейших дорогостоящих процессов финишной обработки.
- Точность: высокоточные опорные или опорные поверхности достигаются путем шлифования, формовки или фрезерования. Благодаря этому многие концепции станков могут быть реализованы элегантно и эффективно.
- Хорошая термостойкость: минеральное литьё очень медленно реагирует на изменения температуры, поскольку его теплопроводность значительно ниже, чем у металлических материалов. Поэтому кратковременные изменения температуры оказывают значительно меньшее влияние на размерную точность станка. Более высокая термостойкость станины станка означает лучшее сохранение общей геометрии станка и, как следствие, минимизацию геометрических погрешностей.
- Отсутствие коррозии: компоненты из минерального литья устойчивы к воздействию масел, охлаждающих жидкостей и других агрессивных жидкостей.
- Улучшенное демпфирование вибраций для увеличения срока службы инструмента: наше минеральное литье обеспечивает до 10 раз более эффективное демпфирование вибраций, чем сталь или чугун. Благодаря этим характеристикам достигается чрезвычайно высокая динамическая устойчивость конструкции станка. Преимущества для производителей и пользователей станков очевидны: более высокое качество обработки поверхности обработанных или шлифованных деталей и более длительный срок службы инструмента, что приводит к снижению затрат на инструмент.
- Окружающая среда: снижается воздействие на окружающую среду в процессе производства.
Рама из минерального литья против рамы из чугуна
Ниже приведены преимущества нашей новой рамы из минерального литья по сравнению с ранее использовавшейся чугунной рамой:
| Минеральное литье (эпоксидный гранит) | Чугун | |
| Демпфирование | Высокий | Низкий |
| Тепловая эффективность | Низкая теплопроводность и высокая удельная теплоемкость емкость | Высокая теплопроводность и низкая удельная теплоемкость |
| Встроенные детали | Неограниченный дизайн и Цельная форма и бесшовное соединение | Необходима механическая обработка |
| Коррозионная стойкость | Очень высокий | Низкий |
| Относящийся к окружающей среде Дружелюбие | Низкое потребление энергии | Высокое потребление энергии |
Заключение
Минеральное литьё идеально подходит для изготовления рам наших станков с ЧПУ. Оно обеспечивает очевидные технологические, экономические и экологические преимущества. Технология минерального литья обеспечивает превосходное гашение вибраций, высокую химическую стойкость и значительные тепловые преимущества (тепловое расширение, аналогичное стали). Соединительные элементы, кабели, датчики и измерительные системы могут быть отлиты в едином блоке.
Каковы преимущества обрабатывающего центра со станиной из гранита и минерального литья?
Минеральное литье (искусственный гранит, также известный как бетон на основе смолы) уже более 30 лет широко применяется в станкостроении в качестве конструкционного материала.
Согласно статистике, в Европе каждый десятый станок использует минеральное литье в качестве станины. Однако использование несоответствующего опыта, неполной или неверной информации может привести к подозрениям и предубеждениям в отношении минерального литья. Поэтому при разработке нового оборудования необходимо анализировать преимущества и недостатки минерального литья и сравнивать его с другими материалами.
Основу строительной техники обычно делят на чугун, минеральное литье (полимерный бетон и/или бетон на основе реактивной смолы), стальные/сварные конструкции (с заливкой/без заливки) и натуральный камень (например, гранит). Каждый материал обладает своими особенностями, и идеального конструкционного материала не существует. Только анализируя преимущества и недостатки материала в соответствии с конкретными требованиями к конструкции, можно выбрать идеальный конструкционный материал.
Две важные функции конструкционных материалов — гарантировать геометрию, положение и поглощение энергии компонентами — соответственно выдвигают требования к эксплуатационным характеристикам (статические, динамические и тепловые характеристики), функционально-структурные требования (точность, вес, толщина стенки, удобство направляющих) для монтажа материалов, система циркуляции среды, логистика) и требования к стоимости (цена, количество, доступность, характеристики системы).
I. Требования к эксплуатационным характеристикам конструкционных материалов
1. Статические характеристики
Критерием измерения статических свойств основания обычно служит жёсткость материала — минимальная деформация под нагрузкой, а не высокая прочность. В случае статической упругой деформации минеральные отливки можно рассматривать как изотропные однородные материалы, подчиняющиеся закону Гука.
Плотность и модуль упругости минерального литья составляют соответственно 1/3 от удельной жесткости чугуна. Поскольку минеральное литье и чугун имеют одинаковую удельную жесткость, при одинаковом весе жесткость чугунного и минерального литья одинакова без учета влияния формы. Во многих случаях расчетная толщина стенки минерального литья обычно в 3 раза больше, чем у чугунного литья, и такая конструкция не вызывает никаких проблем с точки зрения механических свойств изделия или отливки. Минеральное литье подходит для работы в статических средах, подверженных давлению (например, станины, опоры, колонны) и не подходит для использования в качестве тонкостенных и/или небольших каркасов (например, столы, поддоны, устройства смены инструмента, каретки, опоры шпинделя). Вес конструктивных деталей обычно ограничен оборудованием производителей минерального литья, и изделия из минерального литья весом свыше 15 тонн, как правило, редки.
2. Динамические характеристики
Чем выше скорость вращения и/или ускорение вала, тем важнее динамические характеристики машины. Быстрое позиционирование, быстрая замена инструмента и высокоскоростная подача постоянно усиливают механический резонанс и динамическое возбуждение конструктивных элементов машины. Помимо размерной конструкции детали, её прогиб, распределение массы и динамическая жёсткость существенно зависят от демпфирующих свойств материала.
Использование минерального литья предлагает хорошее решение этих проблем. Поскольку оно поглощает вибрации в 10 раз лучше, чем традиционный чугун, оно позволяет значительно снизить амплитуду и собственную частоту колебаний.
При механической обработке, например, при механической обработке, это может обеспечить более высокую точность, лучшее качество поверхности и более длительный срок службы инструмента. Кроме того, минеральное литье показало хорошие результаты с точки зрения шумового воздействия, что подтверждается сравнением и проверкой оснований, литых деталей трансмиссии и комплектующих деталей из различных материалов для крупных двигателей и центрифуг. Согласно анализу ударного шума, минеральное литье позволяет добиться локального снижения уровня звукового давления на 20%.
3. Тепловые свойства
По оценкам экспертов, около 80% отклонений в работе станков вызваны тепловыми эффектами. Перерывы в технологическом процессе, такие как внутренние или внешние источники тепла, предварительный нагрев, смена заготовок и т. д., являются причинами термической деформации. Чтобы выбрать оптимальный материал, необходимо определить требования к нему. Высокая удельная теплоёмкость и низкая теплопроводность позволяют отливкам из минерального литья обладать хорошей тепловой инерцией к кратковременным температурным воздействиям (например, при смене заготовок) и колебаниям температуры окружающей среды. Если требуется быстрый предварительный нагрев, например, при использовании металлического стола, или температура стола недопустима, нагревательные или охлаждающие устройства могут быть непосредственно залиты в отливку из минерального литья для контроля температуры. Использование такого рода устройств температурной компенсации позволяет снизить деформацию, вызванную воздействием температуры, что способствует повышению точности при разумных затратах.
II. Функциональные и структурные требования
Целостность — отличительная черта минерального литья от других материалов. Максимальная температура литья минерального литья составляет 45°C, и при использовании высокоточных форм и оснастки детали и минеральное литье могут быть отлиты совместно.
Передовые методы повторного литья также могут применяться к заготовкам из минерального литья, обеспечивая получение точных посадочных и направляющих поверхностей, не требующих механической обработки. Как и другие базовые материалы, минеральное литье подчиняется особым правилам проектирования конструкций. Толщина стенок, несущие элементы, рёбра жёсткости, методы загрузки и разгрузки в определённой степени отличаются от других материалов и должны быть учтены заранее на этапе проектирования.
III. Требования к стоимости
Хотя это важно учитывать с технической точки зрения, экономическая эффективность всё больше демонстрирует свою значимость. Использование минерального литья позволяет инженерам значительно сократить производственные и эксплуатационные расходы. Помимо экономии на механической обработке, соответственно сокращаются затраты на литьё, окончательную сборку и растущие логистические расходы (складирование и транспортировка). Учитывая высокую функциональность минерального литья, его следует рассматривать как целостный проект. Фактически, более разумно проводить сравнение цен после установки основания или предварительной установки. Относительно высокая первоначальная стоимость — это стоимость форм для минерального литья и оснастки, но эта стоимость может быть снижена при длительном использовании (500–1000 шт. на стальную форму), а годовой расход составляет около 10–15 шт.
IV. Область применения
Минеральное литье как конструкционный материал постоянно вытесняет традиционные конструкционные материалы, и ключ к его быстрому развитию лежит в минеральном литье, литейных формах и прочных связующих структурах. В настоящее время минеральное литье широко используется во многих областях станкостроения, таких как шлифовальные станки и высокоскоростная обработка. Производители шлифовальных станков стали пионерами в области станкостроения, применяющими минеральное литье для станин. Например, такие всемирно известные компании, как ABA z&b, Bahmler, Jung, Mikrosa, Schaudt, Stude и др., всегда использовали преимущества демпфирования, тепловой инерции и целостности минерального литья для достижения высокой точности и превосходного качества поверхности при шлифовании.
В условиях постоянно растущих динамических нагрузок ведущие мировые компании, специализирующиеся на заточных станках, всё чаще отдают предпочтение минеральному литью. Станина из минерального литья обладает превосходной жёсткостью и способна эффективно нейтрализовать усилие, возникающее при ускорении линейного двигателя. В то же время, органичное сочетание хороших характеристик поглощения вибрации и линейного двигателя позволяет значительно улучшить качество поверхности обрабатываемой детали и увеличить срок службы шлифовального круга.
Что касается отдельной детали, то длина в пределах 10000 мм для нас не составит труда.
Какова минимальная толщина стенки?
Как правило, минимальная толщина секции основания машины должна составлять не менее 60 мм. Более тонкие секции (например, толщиной 10 мм) можно отливать с использованием мелкозернистого заполнителя и мелкодисперсных составов.
Усадка после заливки составляет около 0,1–0,3 мм на 1000 мм. При необходимости изготовления более точных деталей из минерального литья допуски могут быть достигнуты с помощью вторичной шлифовки на станках с ЧПУ, ручной притирки или других методов механической обработки.
В качестве минерального литья мы используем натуральный чёрный гранит Jinan Black. Большинство компаний в строительстве предпочитают обычный натуральный гранит или обычный камень.
· Сырье: в качестве заполнителя используются частицы уникального черного гранита Цзинань (также называемого гранитом «Цзинаньцин»), который известен во всем мире своей высокой прочностью, высокой жесткостью и высокой износостойкостью;
· Формула: с уникальными армированными эпоксидными смолами и добавками, различными компонентами, использующими различные рецептуры, для обеспечения оптимальных комплексных характеристик;
· Механические свойства: поглощение вибрации примерно в 10 раз выше, чем у чугуна, хорошие статические и динамические свойства;
· Физические свойства: плотность составляет около 1/3 от плотности чугуна, более высокие теплоизоляционные свойства, чем у металлов, негигроскопичен, хорошая термостойкость;
· Химические свойства: более высокая коррозионная стойкость, чем у металлов, экологичность;
· Точность размеров: линейное усадка после литья составляет около 0,1-0,3мм/м, чрезвычайно высокая точность формы и контрмеры во всех плоскостях;
· Структурная целостность: можно отлить очень сложную конструкцию, в то время как при использовании натурального гранита обычно требуется сборка, соединение и склеивание;
· Медленная термическая реакция: реагирует на кратковременные изменения температуры гораздо медленнее и гораздо меньше;
· Встраиваемые вставки: в конструкцию могут быть вмонтированы крепежные элементы, трубы, кабели и камеры, встраиваемые материалы включают металл, камень, керамику и пластик и т. д.