Каковы преимущества обрабатывающего центра с основанием из мрамора 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.
Время публикации: 18 января 2022 г.