Эпоксидный гранит, также известный как синтетический гранит, представляет собой смесь эпоксидной смолы и гранита, широко используемую в качестве альтернативного материала для оснований станков. Эпоксидный гранит используется вместо чугуна и стали для лучшего гашения вибраций, увеличения срока службы инструмента и снижения затрат на сборку.
станочная база
Станки и другие высокоточные машины полагаются на высокую жесткость, долговременную стабильность и превосходные демпфирующие характеристики основного материала для своих статических и динамических характеристик. Наиболее широко используемые материалы для таких конструкций — чугун, сварные стальные конструкции и природный гранит. Из-за недостаточной долговременной стабильности и очень плохих демпфирующих свойств стальные сварные конструкции редко используются там, где требуется высокая точность. Высококачественный чугун, прошедший термообработку и отжиг, обеспечивает конструкции стабильность размеров и позволяет отливать сложные формы, но требует дорогостоящей механической обработки для получения прецизионных поверхностей после отливки.
Найти качественный натуральный гранит становится все сложнее, но он обладает большей демпфирующей способностью, чем чугун. Как и в случае с чугуном, обработка натурального гранита — трудоемкий и дорогостоящий процесс.
Высокоточные гранитные отливки изготавливаются путем смешивания гранитных заполнителей (которые измельчаются, промываются и сушатся) с эпоксидной смолой при комнатной температуре (т.е. методом холодного отверждения). В состав также может входить кварцевый наполнитель. Вибрационное уплотнение в процессе формования обеспечивает плотное спрессовывание заполнителя.
Резьбовые вставки, стальные пластины и трубки системы охлаждения могут быть отлиты в процессе литья. Для достижения еще большей универсальности линейные направляющие, шлифованные направляющие и опоры двигателей могут быть воспроизведены или залиты раствором, что исключает необходимость какой-либо механической обработки после литья. Качество поверхности отливки такое же, как и у поверхности формы.
Преимущества и недостатки
К преимуществам относятся:
■ Гашение вибраций.
■ Гибкость: в полимерную основу можно интегрировать направляющие, резервуары для гидравлической жидкости, резьбовые вставки, смазочно-охлаждающие жидкости и трубопроводы.
■ Включение вставок и т.д. позволяет значительно сократить объем механической обработки готовой отливки.
■ Время сборки сокращается за счет объединения нескольких компонентов в одну отливку.
■ Не требует равномерной толщины стенок, что обеспечивает большую гибкость в проектировании основания.
■ Химическая стойкость к большинству распространенных растворителей, кислот, щелочей и смазочно-охлаждающих жидкостей.
■ Не требует покраски.
■Композит имеет плотность, приблизительно равную плотности алюминия (но детали толще для достижения эквивалентной прочности).
■ Процесс литья композитных полимерных бетонных конструкций потребляет значительно меньше энергии, чем литье металлических изделий. Производство полимерных литых смол требует очень мало энергии, а сам процесс литья осуществляется при комнатной температуре.
Эпоксидный гранит обладает внутренним демпфирующим коэффициентом до десяти раз лучше, чем чугун, до трех раз лучше, чем природный гранит, и до тридцати раз лучше, чем стальные сварные конструкции. Он не подвержен воздействию охлаждающих жидкостей, обладает превосходной долговременной стабильностью, улучшенной термостойкостью, высокой жесткостью на кручение и динамическим сопротивлением, отличным звукопоглощением и незначительными внутренними напряжениями.
К недостаткам относятся низкая прочность в тонких секциях (менее 25 мм), низкая прочность на растяжение и низкая ударопрочность.
Введение в литейные формы для минеральных отливок
Минеральное литье — один из наиболее эффективных современных строительных материалов. Производители прецизионных станков были одними из пионеров в использовании минерального литья. Сегодня его применение в станках с ЧПУ, сверлильных станках, шлифовальных станках и электроэрозионных станках растет, и преимущества не ограничиваются высокоскоростными станками.
Минеральное литье, также известное как эпоксидно-гранитный материал, состоит из минеральных наполнителей, таких как гравий, кварцевый песок, ледниковая мука и связующие вещества. Материал смешивается в соответствии с точными спецификациями и заливается в холодном виде в формы. Прочный фундамент – залог успеха!
Современные станки должны работать все быстрее и обеспечивать более высокую точность, чем когда-либо. Однако высокие скорости перемещения и интенсивная обработка приводят к нежелательным вибрациям рамы станка. Эти вибрации негативно влияют на поверхность детали и сокращают срок службы инструмента. Рамы из минерального литья быстро снижают вибрации — примерно в 6 раз быстрее, чем чугунные рамы, и в 10 раз быстрее, чем стальные.
Станки с минеральной литейной станиной, такие как фрезерные и шлифовальные станки, значительно точнее и обеспечивают лучшее качество поверхности. Кроме того, значительно снижается износ инструмента и увеличивается срок его службы.
Композитная минеральная (эпоксидная) литая рама обладает рядом преимуществ:
- Формирование и прочность: процесс литья из минералов обеспечивает исключительную свободу в отношении формы компонентов. Специфические характеристики материала и процесса приводят к сравнительно высокой прочности и значительно меньшему весу.
- Интеграция инфраструктуры: Процесс минерального литья позволяет легко интегрировать конструкцию и дополнительные компоненты, такие как направляющие, резьбовые вставки и соединения для инженерных коммуникаций, непосредственно в процессе литья.
- Изготовление сложных машинных конструкций: то, что было бы немыслимо при использовании традиционных процессов, становится возможным благодаря литью из минералов: несколько составных частей могут быть собраны для образования сложных конструкций с помощью клеевых соединений.
- Экономичная точность размеров: Во многих случаях компоненты, отлитые из минерального сырья, имеют окончательные размеры, поскольку при закалке практически не происходит усадки. Благодаря этому можно исключить дополнительные дорогостоящие процессы финишной обработки.
- Точность: Высокоточные опорные или несущие поверхности достигаются за счет дополнительных операций шлифовки, формовки или фрезерования. В результате этого многие концепции машиностроения могут быть элегантно и эффективно реализованы.
- Хорошая термическая стабильность: Минеральное литье очень медленно реагирует на изменения температуры, поскольку его теплопроводность значительно ниже, чем у металлических материалов. По этой причине кратковременные изменения температуры оказывают значительно меньшее влияние на точность размеров станка. Лучшая термическая стабильность станины станка означает лучшее сохранение общей геометрии станка и, как следствие, минимизацию геометрических погрешностей.
- Отсутствие коррозии: компоненты, изготовленные методом минерального литья, устойчивы к воздействию масел, охлаждающих жидкостей и других агрессивных веществ.
- Повышенное гашение вибраций для увеличения срока службы инструмента: наше минеральное литье обеспечивает до 10 раз лучшие показатели гашения вибраций, чем сталь или чугун. Благодаря этим характеристикам достигается чрезвычайно высокая динамическая стабильность конструкции станка. Преимущества для производителей и пользователей станков очевидны: лучшее качество обработки поверхности шлифованных деталей и более длительный срок службы инструмента, что приводит к снижению затрат на оснастку.
- Окружающая среда: Снижается воздействие на окружающую среду в процессе производства.
Рама из минерального литья против рамы из чугуна
Ниже представлены преимущества нашей новой рамы из минерального литья по сравнению с ранее использовавшейся чугунной рамой:
| Минеральное литье (эпоксидный гранит) | Чугун | |
| Демпфирование | Высокий | Низкий |
| Тепловые характеристики | Низкая теплопроводность и высокотемпературный емкость | Высокая теплопроводность и низкая удельная теплоемкость |
| Встроенные компоненты | Неограниченные возможности дизайна и Цельная форма и бесперебойное соединение | Необходима механическая обработка. |
| Коррозионная стойкость | Сверхвысокий | Низкий |
| Относящийся к окружающей среде Дружелюбие | Низкое энергопотребление | Высокое энергопотребление |
Заключение
Литье из минералов идеально подходит для изготовления каркасов наших станков с ЧПУ. Оно предлагает очевидные технологические, экономические и экологические преимущества. Технология литья из минералов обеспечивает превосходное гашение вибраций, высокую химическую стойкость и значительные тепловые преимущества (тепловое расширение аналогично тепловому расширению стали). Соединительные элементы, кабели, датчики и измерительные системы могут быть залиты в сборку.
В чём преимущества обрабатывающего центра с гранитной 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.
Что касается отдельных деталей, то для нас это не представляет сложности, поскольку длина не превышает 10000 мм.
Какова минимальная толщина стенки?
В целом, минимальная толщина сечения основания машины должна составлять не менее 60 мм. Более тонкие сечения (например, 10 мм) могут быть отлиты с использованием мелкого заполнителя и различных составов.
Коэффициент усадки после заливки составляет примерно 0,1-0,3 мм на 1000 мм. При необходимости получения более точных механических деталей из минерального литья, допуски могут быть достигнуты с помощью вторичной шлифовки на станках с ЧПУ, ручной притирки или других методов механической обработки.
В качестве минерального литьевого материала мы используем натуральный черный гранит Цзинань. Большинство компаний в строительстве используют обычный натуральный гранит или обычный камень.
• Сырье: в качестве заполнителя используются уникальные частицы черного гранита Цзинань (также называемого гранитом «Цзинаньцин»), всемирно известного своей высокой прочностью, жесткостью и износостойкостью;
• Формула: благодаря уникальным армирующим эпоксидным смолам и добавкам, различные компоненты, изготовленные по разным рецептурам, обеспечивают оптимальные комплексные характеристики;
• Механические свойства: поглощение вибраций примерно в 10 раз выше, чем у чугуна, хорошие статические и динамические свойства;
• Физические свойства: плотность составляет примерно 1/3 от чугуна, обладает более высокими теплоизоляционными свойствами, чем металлы, негигроскопичен, обладает хорошей термической стабильностью;
• Химические свойства: более высокая коррозионная стойкость, чем у металлов, экологичность;
• Точность размеров: линейная усадка после отливки составляет около 0,1-0,3 мкм/м, чрезвычайно высокая точность формы и зазоров во всех плоскостях;
• Структурная целостность: можно отливать очень сложные конструкции, в то время как использование природного гранита обычно требует сборки, соединения и склеивания;
• Медленная термическая реакция: реагирует на кратковременные изменения температуры гораздо медленнее и в меньшей степени;
• Встраиваемые элементы: крепежные элементы, трубы, кабели и камеры могут быть встроены в конструкцию; в качестве материалов для встраиваемых элементов используются металл, камень, керамика, пластик и т. д.