В области точного производства и контроля характеристики термической деформации материалов являются ключевым фактором, определяющим точность и надежность оборудования. Гранит и чугун, как два широко используемых промышленных базовых материала, привлекли большое внимание своими различиями в эксплуатационных характеристиках в условиях высоких температур. Чтобы наглядно представить характеристики термической деформации обоих, мы использовали профессиональный тепловизор для проведения непрерывных 8-часовых рабочих испытаний на гранитных и чугунных платформах той же спецификации, выявляя реальные различия с помощью данных и изображений.
Экспериментальный дизайн: имитировать суровые условия труда и точно фиксировать различия
Для данного эксперимента были выбраны гранитные и чугунные платформы размерами 1000 мм×600 мм×100 мм. В условиях имитированного промышленного цеха (температура 25±1℃, влажность 50%±5%), путем равномерного распределения источников тепла по поверхности платформы (имитируя выделение тепла при работе оборудования), платформа работала непрерывно на мощности 100 Вт в течение 8 часов. Тепловизор FLIR T1040 (с разрешением по температуре 0,02℃) и высокоточный лазерный датчик смещения (с точностью ±0,1 мкм) использовались для контроля распределения температуры и деформации поверхности платформы в реальном времени, а данные записывались один раз в 30 минут.
Результаты измерений: визуализируйте разницу температур и количественно оцените зазор деформации.
Данные тепловизора показывают, что после работы чугунной платформы в течение одного часа максимальная температура поверхности достигла 42℃, что на 17℃ выше начальной температуры. Восемь часов спустя температура поднялась до 58℃, и появилось четкое распределение градиента температуры с разницей температур в 8℃ между краем и центром. Процесс нагрева гранитной платформы более щадящий. Температура поднимается до 28℃ только через 1 час и стабилизируется на уровне 32℃ через 8 часов. Разница температур поверхности контролируется в пределах 2℃.
Согласно данным о деформации, в течение 8 часов вертикальная деформация в центральной области чугунной платформы достигла 0,18 мм, а деформация коробления на краю составила 0,07 мм. Напротив, максимальная деформация гранитной платформы составляет всего 0,02 мм, что составляет менее 1/9 от деформации чугунной платформы. Кривая лазерного датчика смещения в реальном времени также подтверждает этот результат: кривая деформации чугунной платформы резко колеблется, в то время как кривая гранитной платформы почти стабильна, демонстрируя чрезвычайно сильную термическую стабильность.
Принципиальный анализ: Свойства материала определяют различия в тепловой деформации
Основная причина значительной тепловой деформации чугуна заключается в его относительно высоком коэффициенте теплового расширения (приблизительно 10-12 × 10⁻⁶/℃) и неравномерном распределении графита внутри, что приводит к непостоянным скоростям теплопроводности и образованию локальной концентрации термического напряжения. Между тем, чугун имеет относительно низкую удельную теплоемкость, и его температура повышается быстрее при поглощении того же количества тепла. Напротив, коэффициент теплового расширения гранита составляет всего (4-8) × 10⁻⁶/℃. Его кристаллическая структура плотная и однородная, с низкой и равномерно распределенной эффективностью теплопроводности. В сочетании с его высокой удельной теплоемкостью он все еще может сохранять размерную стабильность в высокотемпературных средах.
Просвещение в применении: выбор определяет точность, стабильность создает ценность
В таком оборудовании, как прецизионные станки и трехкоординатные измерительные машины, термическая деформация чугунных оснований может привести к ошибкам обработки или проверки, что повлияет на выход качественной продукции. Гранитное основание, обладающее исключительной термической стабильностью, может гарантировать, что оборудование будет сохранять высокую точность при длительной эксплуатации. После того, как одно предприятие по производству автомобильных деталей заменило чугунную платформу на гранитную, уровень размерной погрешности прецизионных деталей снизился с 3,2% до 0,8%, а эффективность производства возросла на 15%.
Благодаря интуитивному представлению и точному измерению тепловизора разница в тепловой деформации между гранитом и чугуном становится сразу очевидной. В современной промышленности, которая стремится к максимальной точности, выбор гранитных материалов с более высокой термической стабильностью, несомненно, является мудрым шагом для повышения производительности оборудования и обеспечения качества продукции.
Время публикации: 24 мая 2025 г.