При строительстве высокоточной пневматической плавучей платформы статического давления выбор основания играет решающую роль в общих характеристиках платформы. Гранитные и чугунные основания имеют свои особенности, и существуют очевидные различия по ключевым параметрам, таким как устойчивость, поддержание точности, долговечность и стоимость.
Во-первых, стабильность: естественная плотная и металлическая структура.
После миллионов лет геологических изменений гранит тесно связан с кварцем, полевым шпатом и другими минералами, образуя очень плотную и однородную структуру. В условиях внешних воздействий, таких как сильная вибрация, создаваемая работой крупного оборудования в цехе, гранитное основание, благодаря своей сложной кристаллической структуре, эффективно блокирует и гасит вибрации, снижая амплитуду вибрации прецизионной статической пневматической платформы более чем на 80%, обеспечивая стабильную работу платформы и плавное перемещение во время высокоточной обработки или контроля. Например, в процессе фотолитографии при производстве электронных чипов гарантируется точная характеристика рисунка чипа.
Основание из чугуна отлито из железоуглеродистого сплава, а внутренний графит распределен в виде пластин или сфер. Хотя оно обладает определенной способностью к гашению вибраций, его структурная однородность уступает граниту. При работе с высокоинтенсивными и непрерывными вибрациями чугунному основанию трудно снизить уровень вибрационных помех до того же низкого уровня, что и гранитному основанию, что может привести к небольшим отклонениям в движении прецизионной воздушно-плавающей платформы статического давления, влияя на точность работы платформы при сверхточных операциях.
Во-вторых, сохранение точности: естественные преимущества низкого коэффициента теплового расширения и проблема, связанная с термическим изменением металла.
Гранит известен своим очень низким коэффициентом теплового расширения, обычно составляющим 5-7 × 10⁻⁶/℃. В условиях колебаний температуры размеры гранитной прецизионной подставки изменяются очень незначительно. В астрономии прецизионная гидростатическая платформа с воздушным поплавком для точной настройки линз телескопа используется в паре с гранитной подставкой, что позволяет даже при значительной разнице температур между днем и ночью обеспечивать точность позиционирования линзы на субмикронном уровне, помогая астрономам улавливать тонкие динамические процессы в далеких небесных телах.
Коэффициент теплового расширения чугуна относительно высок, обычно 10-20 ×10⁻⁶/℃. При изменении температуры размеры чугунного основания заметно изменяются, что легко может привести к термической деформации прецизионной платформы, работающей под статическим давлением и обеспечивающей плавающее перемещение платформы, что снижает точность ее перемещения. В процессе шлифовки термочувствительных оптических линз деформация чугунного основания под воздействием температуры может привести к отклонению точности шлифовки линзы за пределы допустимого диапазона и повлиять на качество линзы.
В-третьих, долговечность: высокая твердость природного камня и устойчивость металла к усталости.
Гранит обладает высокой твердостью, по шкале Мооса он может достигать 6-7, и хорошей износостойкостью. В лабораториях материаловедения часто используется прецизионная пневматическая платформа статического давления, гранитное основание которой эффективно противостоит долговременным потерям на трение. По сравнению с обычным основанием, оно позволяет увеличить срок службы платформы более чем на 50%, снизить затраты на техническое обслуживание оборудования и обеспечить непрерывность научных исследований. Однако гранитный материал относительно хрупкий, и существует риск его разрушения при случайном ударе.
Чугунное основание обладает определенной прочностью и нелегко ломается при воздействии определенной ударной силы. Однако в процессе длительной высокочастотной возвратно-поступательной работы прецизионной платформы с пневматическим приводом чугун подвержен усталостному разрушению, что приводит к изменениям внутренней структуры, влияя на точность и устойчивость движения платформы. В то же время чугун подвержен ржавчине и коррозии во влажной среде, что снижает его долговечность, в отличие от него, гранитное основание обладает лучшей коррозионной стойкостью.
В-четвертых, себестоимость производства и сложность обработки: проблемы добычи и обработки природного камня, а также пороговые значения процесса литья металла.
Добыча и транспортировка гранитного сырья — сложные процессы, требующие высокоточного оборудования и технологий. Из-за высокой твердости и хрупкости гранита, резка, шлифовка, полировка и другие процессы сопряжены с риском обрушения, образования трещин, высоким процентом брака, что приводит к высоким производственным издержкам.
Чугунные основания изготавливаются с использованием отработанного процесса литья, широкого спектра сырья и относительно низкой себестоимости. Благодаря использованию форм, достигается массовое производство и высокая производительность. Однако для достижения такой же высокой точности и стабильности, как у гранитных оснований, процесс литья и последующая обработка предъявляют чрезвычайно строгие требования, включая прецизионную механическую обработку, термическую обработку и т.д., что также значительно увеличивает стоимость.
В заключение, гранитное прецизионное основание обладает значительными преимуществами в сценариях применения прецизионных поплавковых платформ статического давления, требующих высокой точности, стабильности и износостойкости; чугунное основание имеет определенные преимущества в стоимости и прочности и подходит для случаев, когда требования к точности относительно невелики, необходимо стремление к экономичности, а также относительно стабильная вибрационная и температурная среда.
Дата публикации: 09.04.2025