В чём преимущества обрабатывающего центра с мраморной станиной для литья минералов?
Минеральные отливки (искусственный гранит, также известный как смоляной бетон) уже более 30 лет широко используются в станкостроительной промышленности в качестве конструкционного материала.
Согласно статистике, в Европе каждый десятый станок использует минеральное литье в качестве станины. Однако использование неадекватного опыта, неполной или неверной информации может привести к подозрениям и предвзятому отношению к минеральному литью. Поэтому при изготовлении нового оборудования необходимо анализировать преимущества и недостатки минерального литья и сравнивать их с другими материалами.
В качестве основы для строительной техники обычно используются чугун, минеральное литье (полимерный и/или реактивный смоляной бетон), стальные/сварные конструкции (с цементацией/без цементации) и природный камень (например, гранит). Каждый материал имеет свои особенности, и идеального конструкционного материала не существует. Только изучив преимущества и недостатки материала в соответствии с конкретными конструктивными требованиями, можно выбрать идеальный конструкционный материал.
Две важные функции конструкционных материалов — обеспечение геометрии, положения и поглощения энергии элементами, соответственно, предъявляют требования к эксплуатационным характеристикам (статическим, динамическим и тепловым свойствам), функциональным/конструктивным требованиям (точность, вес, толщина стенок, удобство направляющих рельсов) для монтажа материалов, системы циркуляции среды, логистики и требованиям к стоимости (цена, количество, доступность, характеристики системы).
I. Требования к эксплуатационным характеристикам конструкционных материалов
1. Статические характеристики
Критерием измерения статических свойств основания обычно является жесткость 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 минеральных отливок составляют соответственно 1/3 от таковых у чугуна. Поскольку минеральные отливки и чугун имеют одинаковую удельную жесткость, при одинаковом весе жесткость чугунных и минеральных отливок одинакова без учета влияния формы. Во многих случаях расчетная толщина стенок минеральных отливок обычно в 3 раза больше, чем у чугунных, и такая конструкция не вызывает проблем с точки зрения механических свойств изделия или отливки. Минеральные отливки подходят для работы в статических условиях, подверженных давлению (например, станины, опоры, колонны), и не подходят для изготовления тонкостенных и/или небольших рам (например, столы, поддоны, устройства смены инструмента, каретки, опоры шпинделя). Вес конструкционных деталей обычно ограничен оборудованием производителей минеральных отливок, и изделия из минеральных отливок весом более 15 тонн встречаются редко.
2. Динамические характеристики
Чем выше скорость вращения и/или ускорение вала, тем важнее динамические характеристики машины. Быстрое позиционирование, быстрая смена инструмента и высокоскоростная подача постоянно усиливают механический резонанс и динамическое возбуждение конструктивных элементов машины. Помимо габаритной конструкции детали, на прогиб, распределение массы и динамическую жесткость детали в значительной степени влияют демпфирующие свойства материала.
Использование минерального литья предлагает хорошее решение этих проблем. Поскольку оно поглощает вибрации в 10 раз лучше, чем традиционный чугун, оно может значительно снизить амплитуду и собственную частоту.
В таких операциях механической обработки, как машинная обработка, это позволяет добиться более высокой точности, лучшего качества поверхности и более длительного срока службы инструмента. В то же время, с точки зрения шумового воздействия, минеральное литье также показало хорошие результаты при сравнении и проверке оснований, трансмиссионных отливок и комплектующих 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
Эксперты подсчитали, что около 80% отклонений в работе станков вызваны термическими эффектами. Прерывания процесса, такие как внутренние или внешние источники тепла, предварительный нагрев, смена заготовок и т. д., являются причинами термической деформации. Для выбора оптимального материала необходимо уточнить требования к нему. Высокая удельная теплоемкость и низкая теплопроводность позволяют минеральным отливкам обладать хорошей тепловой инерцией к кратковременным температурным воздействиям (например, смене заготовок) и колебаниям температуры окружающей среды. Если требуется быстрый предварительный нагрев, например, в металлической подложке, или если температура подложки недопустима, в минеральную отливку можно непосредственно залить нагревательные или охлаждающие устройства для контроля температуры. Использование таких устройств температурной компенсации позволяет уменьшить деформацию, вызванную температурным воздействием, что способствует повышению точности при разумных затратах.
II. Функциональные и конструктивные требования
Целостность — отличительная черта, которая выделяет минеральные отливки среди отливок из других материалов. Максимальная температура литья минеральных отливок составляет 45°C, и благодаря высокоточным формам и оснастке детали и минеральные отливки могут отливаться одновременно.
Передовые технологии переплавки также могут применяться к заготовкам из минеральных отливок, что позволяет получать точные поверхности для монтажа и направляющих, не требующие механической обработки. Как и другие основные материалы, минеральные отливки подчиняются особым правилам проектирования конструкций. Толщина стенок, несущие элементы, вставки ребер, методы погрузки и разгрузки — все это в определенной степени отличается от других материалов и должно учитываться заранее на этапе проектирования.
III. Требования к затратам
Хотя технический аспект важен, все большее значение приобретает экономическая эффективность. Использование минерального литья позволяет инженерам значительно экономить на производственных и эксплуатационных затратах. Помимо экономии на механической обработке, соответственно снижаются затраты на литье, окончательную сборку и логистику (складирование и транспортировка). Учитывая высокую функциональность минерального литья, его следует рассматривать как единый проект. На самом деле, более целесообразно проводить сравнение цен, когда основание уже установлено или предварительно установлено. Относительно высокие первоначальные затраты связаны со стоимостью форм и оснастки для минерального литья, но эти затраты могут быть компенсированы в долгосрочной перспективе (500-1000 штук/стальная форма), а годовой объем потребления составляет около 10-15 штук.
IV. Область применения
В качестве конструкционного материала минеральное литье постоянно вытесняет традиционные конструкционные материалы, и ключ к его быстрому развитию лежит в минеральном литье, формах и стабильных связующих структурах. В настоящее время минеральное литье широко используется во многих областях станкостроения, таких как шлифовальные станки и высокоскоростная обработка. Производители шлифовальных станков являются пионерами в станкостроении, используя минеральное литье для станин. Например, такие всемирно известные компании, как ABA z&b, Bahmler, Jung, Mikrosa, Schaudt, Stude и др., всегда извлекали выгоду из демпфирующих свойств, тепловой инерции и целостности минерального литья для достижения высокой точности и превосходного качества поверхности в процессе шлифования.
В условиях постоянно возрастающих динамических нагрузок ведущие мировые компании в области шлифовальных станков все чаще отдают предпочтение литью из минеральных отливок. Станина из минерального литья обладает превосходной жесткостью и эффективно гасит усилие, возникающее при ускорении линейного двигателя. В то же время, органичное сочетание хороших вибропоглощающих свойств и линейного двигателя значительно улучшает качество поверхности заготовки и срок службы шлифовального круга.
Дата публикации: 18 января 2022 г.