Які переваги обробного центру з мармуровим ліжком для лиття мінеральних матеріалів?
Мінеральні виливки (штучний граніт, також відомий як смоляний бетон) широко використовуються у верстатобудуванні як конструкційний матеріал вже понад 30 років.
Згідно зі статистикою, в Європі кожен десятий верстат використовує мінеральне лиття як основу. Однак використання неналежного досвіду, неповної або невірної інформації може призвести до підозр та упереджень щодо мінерального лиття. Тому під час виготовлення нового обладнання необхідно проаналізувати переваги та недоліки мінерального лиття та порівняти їх з іншими матеріалами.
Основу будівельної техніки зазвичай поділяють на чавун, мінеральне лиття (полімерний та/або реактивний бетон), сталь/зварні конструкції (з заливкою/без заливки) та природний камінь (наприклад, граніт). Кожен матеріал має свої характеристики, і не існує ідеального конструкційного матеріалу. Тільки шляхом вивчення переваг та недоліків матеріалу відповідно до конкретних конструкційних вимог можна вибрати ідеальний конструкційний матеріал.
Дві важливі функції конструкційних матеріалів — гарантувати геометрію, положення та поглинання енергії компонентами — висувають відповідно вимоги до експлуатаційних характеристик (статичні, динамічні та теплові характеристики), функціональні/структурні вимоги (точність, вага, товщина стінки, зручність напрямних рейок) до монтажу матеріалів, систему циркуляції матеріалів, логістику та вимоги до вартості (ціна, кількість, наявність, характеристики системи).
I. Вимоги до експлуатаційних характеристик конструкційних матеріалів
1. Статичні характеристики
Критерієм для вимірювання статичних властивостей основи зазвичай є жорсткість матеріалу — мінімальна деформація під навантаженням, а не висока міцність. Для статичної пружної деформації мінеральні виливки можна розглядати як ізотропні однорідні матеріали, що підпорядковуються закону Гука.
Густина та модуль пружності мінеральних виливків відповідно становлять 1/3 від таких у чавуну. Оскільки мінеральні виливки та чавуни мають однакову питому жорсткість, під однаковою вагою жорсткість чавунних виливків та мінеральних виливків однакова без урахування впливу форми. У багатьох випадках розрахункова товщина стінки мінеральних виливків зазвичай у 3 рази більша, ніж у чавунних виливків, і така конструкція не спричиняє жодних проблем з точки зору механічних властивостей виробу чи виливків. Мінеральні виливки підходять для роботи в статичних середовищах, що перебувають під тиском (наприклад, ліжка, опори, колони), і не підходять як тонкостінні та/або невеликі рами (наприклад, столи, піддони, пристрої зміни інструменту, каретки, опори шпинделів). Вага конструкційних деталей зазвичай обмежується обладнанням виробників мінеральних виливків, а вироби з мінеральних виливків вагою понад 15 тонн зазвичай трапляються рідко.
2. Динамічні характеристики
Чим більша швидкість обертання та/або прискорення вала, тим важливіші динамічні характеристики машини. Швидке позиціонування, швидка заміна інструменту та високошвидкісна подача постійно посилюють механічний резонанс та динамічне збудження конструктивних деталей машини. Окрім розмірної конструкції компонента, на прогин, розподіл маси та динамічну жорсткість компонента значно впливають демпфіруючі властивості матеріалу.
Використання мінерального литва пропонує гарне рішення цих проблем. Оскільки воно поглинає коливання в 10 разів краще, ніж традиційний чавун, воно може значно зменшити амплітуду та власну частоту.
У механічних операціях, таких як механічна обробка, це може забезпечити вищу точність, кращу якість поверхні та довший термін служби інструменту. Водночас, з точки зору шумового впливу, мінеральні виливки також добре показали себе завдяки порівнянні та перевірці основ, трансмісійних виливків та аксесуарів з різних матеріалів для великих двигунів та центрифуг. Згідно з аналізом ударного шуму, мінеральні виливки можуть досягти локального зниження рівня звукового тиску на 20%.
3. Теплові властивості
Експерти оцінюють, що близько 80% відхилень верстатів спричинені тепловими впливами. Переривання процесу, такі як внутрішні або зовнішні джерела тепла, попередній нагрів, зміна заготовок тощо, є причинами теплової деформації. Щоб мати змогу вибрати найкращий матеріал, необхідно уточнити вимоги до нього. Висока питома теплоємність і низька теплопровідність дозволяють мінеральним виливкам мати добру теплову інерцію до тимчасових температурних впливів (таких як зміна заготовок) та коливань температури навколишнього середовища. Якщо потрібен швидкий попередній нагрів, як-от металеве ліжко, або якщо температура ліжко заборонена, нагрівальні або охолоджувальні пристрої можна безпосередньо влити в мінеральне виливок для контролю температури. Використання такого пристрою температурної компенсації може зменшити деформацію, спричинену впливом температури, що допомагає підвищити точність за розумною ціною.
II. Функціональні та структурні вимоги
Цілісність – це відмінна риса, яка відрізняє мінеральні виливки від інших матеріалів. Максимальна температура лиття для мінеральних виливків становить 45°C, і разом із високоточними формами та оснащенням деталі та мінеральні виливки можна відливати разом.
Передові методи повторного лиття також можуть бути використані для заготовок з мінерального литва, що призводить до точного кріплення та поверхонь рейок, які не потребують механічної обробки. Як і інші базові матеріали, мінеральне лиття підлягає певним правилам конструктивного проектування. Товщина стінки, несучі аксесуари, реберні вставки, методи завантаження та розвантаження певною мірою відрізняються від інших матеріалів і повинні бути враховані заздалегідь під час проектування.
III. Вимоги до вартості
Хоча важливо враховувати це з технічної точки зору, економічна ефективність дедалі більше демонструє свою важливість. Використання мінерального литва дозволяє інженерам значно заощадити виробничі та експлуатаційні витрати. Окрім економії на механічній обробці, відповідно зменшуються витрати на лиття, остаточне складання та зростання логістичних витрат (складування та транспортування). Враховуючи високий рівень функціональності мінерального литва, його слід розглядати як цілісний проект. Фактично, більш розумно проводити порівняння цін, коли основа встановлена або попередньо встановлена. Відносно висока початкова вартість – це вартість форм для мінерального лиття та оснащення, але ця вартість може бути зменшена при тривалому використанні (500-1000 штук/сталева форма), а річне споживання становить близько 10-15 штук.
IV. Сфера використання
Як конструкційний матеріал, мінеральні виливки постійно замінюють традиційні конструкційні матеріали, і ключем до їх швидкого розвитку є мінеральні виливки, форми та стабільні сполучні структури. Наразі мінеральні виливки широко використовуються в багатьох галузях верстатного обладнання, таких як шліфувальні верстати та високошвидкісна обробка. Виробники шліфувальних верстатів були піонерами у верстатобудівному секторі, використовуючи мінеральні виливки для станин верстатів. Наприклад, всесвітньо відомі компанії, такі як ABA z&b, Bahmler, Jung, Mikrosa, Schaudt, Stude тощо, завжди вигравали від демпфування, теплової інерції та цілісності мінеральних виливків для отримання високої точності та відмінної якості поверхні в процесі шліфування.
Зі зростанням динамічних навантажень, мінеральне лиття також стає все більш популярним серед провідних світових компаній у галузі шліфувальних верстатів. Ліжко з мінерального лиття має чудову жорсткість і може добре усунути силу, спричинену прискоренням лінійного двигуна. Водночас, органічне поєднання хороших характеристик поглинання вібрації та лінійного двигуна може значно покращити якість поверхні заготовки та термін служби шліфувального круга.
Час публікації: 18 січня 2022 р.