При строительстве прецизионной воздушной плавучей платформы статического давления выбор основания играет решающую роль в её общих характеристиках. Гранитное прецизионное основание и чугунное основание имеют свои особенности, и существуют очевидные различия в ключевых параметрах, таких как устойчивость, точность поддержания, 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. Гранитное основание эффективно блокирует и ослабляет внешние воздействия, такие как сильная вибрация, возникающая при работе крупногабаритного оборудования в заводских цехах, благодаря своей сложной кристаллической структуре. Это позволяет снизить амплитуду колебаний прецизионной платформы с воздушным подпором более чем на 80%, обеспечивая стабильную работу платформы и плавность перемещения во время высокоточной обработки или обнаружения. Например, в процессе фотолитографии при производстве электронных микросхем гарантируется точная характеристика структур микросхем.
Чугунное основание отлито из железоуглеродистого сплава, а внутренний графит распределен в виде листов или сфер. Несмотря на определенную способность к гашению вибраций, его структурная однородность уступает граниту. При высокой интенсивности и непрерывной вибрации чугунному основанию сложно снизить вибрационные помехи до такого же низкого уровня, как гранитное основание. Это может привести к небольшим отклонениям в движении прецизионной статической воздушной плавучей платформы, что скажется на точности работы платформы при выполнении сверхточных операций.
Во-вторых, сохранение точности: естественные преимущества малого расширения и проблема термического изменения металла
Гранит известен своим очень низким коэффициентом теплового расширения, обычно составляющим 5–7 ×10⁻⁶/℃. В условиях колебаний температуры размер гранитного прецизионного основания изменяется незначительно. В астрономии прецизионная гидростатическая платформа на воздушной подушке для точной настройки объектива телескопа используется в паре с гранитным основанием. Даже при значительной разнице температур днем и ночью она обеспечивает точность позиционирования объектива на субмикронном уровне, помогая астрономам улавливать тонкую динамику далеких небесных тел.
Коэффициент теплового расширения чугуна относительно высок, обычно 10-20 × 10⁻⁶/℃. При изменении температуры размеры чугунного основания заметно изменяются, что может привести к термической деформации прецизионной платформы с воздушными подпорами, что приведет к снижению точности перемещения платформы. При шлифовке термочувствительных оптических линз деформация чугунного основания под воздействием температуры может привести к отклонению точности шлифования линз за пределы допустимого диапазона и повлиять на качество линз.
В-третьих, долговечность: высокая твердость натурального камня и усталость металла.
Гранит обладает высокой твёрдостью, достигающей 6-7 единиц по шкале Мооса, и хорошей износостойкостью. В материаловедении часто используются прецизионные платформы с воздушными поплавками, создающими статическое давление. Гранитное основание эффективно противостоит долговременным потерям на трение по сравнению с обычным основанием, что позволяет увеличить срок службы платформы более чем на 50%, снизить затраты на обслуживание оборудования и обеспечить непрерывность научных исследований. Однако гранитный материал относительно хрупкий, и при случайном ударе существует риск разрушения.
Чугунное основание обладает определённой прочностью и не подвержено разрушению при определённых ударных нагрузках. Однако при длительном высокочастотном возвратно-поступательном движении прецизионной статической воздушной плавучей платформы чугун подвержен усталостным повреждениям, что приводит к изменениям внутренней структуры, влияющим на точность движения и устойчивость платформы. Кроме того, чугун подвержен ржавчине и коррозии во влажной среде, что снижает его долговечность. Гранитное основание, напротив, обладает лучшей коррозионной стойкостью.
В-четвертых, стоимость производства и сложность обработки: проблемы добычи и обработки натурального камня и порог процесса литья металла
Добыча и транспортировка гранитного сырья сложны, а его переработка требует очень высокого оборудования и технологий. Из-за высокой твёрдости и хрупкости гранита резка, шлифовка, полировка и другие процессы подвержены разрушению, образованию трещин и высокому проценту брака, что приводит к высокой себестоимости производства.
Чугунное основание изготавливается с использованием отработанного процесса литья, широкого источника сырья и относительно низкой стоимости. Благодаря использованию формы достигается массовое производство и высокая эффективность производства. Однако для достижения такой же высокой точности и стабильности, как у гранитного основания, требования к процессу литья и последующей обработке чрезвычайно строгие, включая прецизионную механическую обработку, старение и т.д., что значительно увеличивает стоимость.
Подводя итог, можно сказать, что гранитное прецизионное основание имеет значительные преимущества в сценариях применения прецизионной статической напорной воздушной плавучей платформы, где требуется высокая точность, устойчивость и износостойкость; чугунное основание имеет определенные преимущества в стоимости и прочности и подходит для случаев, когда требования к точности относительно низкие, стремление к экономической эффективности, а вибрационная и температурная среда относительно стабильны.
Время публикации: 09 апреля 2025 г.