В обладнанні з числовим програмним керуванням з ЧПК, хоча граніт став важливим матеріалом завдяки своїм унікальним властивостям, його притаманні недоліки також можуть мати певний вплив на продуктивність обладнання, ефективність обробки та витрати на обслуговування. Нижче наведено аналіз конкретних наслідків недоліків граніту з різних точок зору:
По-перше, матеріал дуже крихкий і схильний до розривів та пошкоджень.
Основний недолік: граніт — це природний камінь і, по суті, крихкий матеріал з низькою ударною в'язкістю (значення ударної в'язкості становить приблизно 1-3 Дж/см², що значно нижче, ніж 20-100 Дж/см² металевих матеріалів).
Вплив на обладнання з ЧПК:
Ризики встановлення та транспортування: Під час складання або транспортування обладнання, якщо воно піддається удару або падінню, гранітні компоненти (такі як основи та напрямні рейки) схильні до утворення тріщин або сколів на кутах, що призводить до зниження точності. Наприклад, якщо на гранітній платформі трикоординатної вимірювальної машини з'являються приховані тріщини через неправильну експлуатацію під час встановлення, це може призвести до поступового погіршення площинності протягом тривалого використання, що впливає на результати вимірювання.
Приховані небезпеки в процесі обробки: коли обладнання з ЧПК стикається з раптовим перевантаженням (наприклад, зіткнення інструменту з заготовкою), гранітні напрямні рейки або робочі столи можуть зламатися через нездатність витримувати миттєву силу удару, що призведе до зупинки обладнання для технічного обслуговування та навіть до ланцюга точних відмов.
По-друге, висока складність обробки обмежує проектування складних конструкцій.
Основні недоліки: граніт має високу твердість (6-7 балів за шкалою Мооса), його потрібно шліфувати та обробляти спеціальними інструментами, такими як алмазні шліфувальні круги, що призводить до низької ефективності обробки (ефективність фрезерування становить лише від 1/5 до 1/3 від ефективності металевих матеріалів), а вартість обробки складних криволінійних поверхонь є високою.
Вплив на обладнання з ЧПК:
Обмеження конструктивного проектування: Щоб уникнути труднощів з обробкою, гранітні компоненти зазвичай проектуються у простих геометричних формах (таких як пластини, прямокутні напрямні рейки), що ускладнює створення складних внутрішніх порожнин, легких підсилених пластин та інших конструкцій, які можна виконати литтям/різанням з металевих матеріалів. Це призводить до того, що вага гранітної основи часто занадто велика (на 10%-20% важча за чавунну за той самий об'єм), що може збільшити загальне навантаження обладнання та вплинути на динамічні характеристики під час руху на високій швидкості.
Високі витрати на обслуговування та заміну: коли відбувається локальний знос або пошкодження гранітних компонентів, їх важко відремонтувати такими методами, як зварювання або різання. Зазвичай потрібно замінити весь компонент, а нові компоненти потрібно повторно шліфувати та калібрувати для точності, що призводить до тривалого простою (одна заміна може тривати 2-3 тижні) та значного збільшення витрат на обслуговування.
Iii. Невизначеність природних текстур та внутрішні дефекти
Основний недолік: як природний мінерал, граніт має неконтрольовані внутрішні тріщини, пори або мінеральні домішки, а однорідність матеріалу різних прожилок сильно варіюється (коливання щільності може досягати ±5%, коливання модуля пружності ±8%).
Вплив на обладнання з ЧПК:
Ризик для стабільності точності: Якщо в зоні обробки компонента є внутрішні тріщини, то під час тривалого використання тріщини можуть розширюватися через напруження, спричиняючи локальну деформацію та впливаючи на точність обладнання. Наприклад, якщо гранітні напрямні рейки шліфувального верстата з ЧПК мають приховані повітряні отвори, вони можуть поступово руйнуватися під впливом високочастотної вібрації, що призводить до надмірної похибки прямолінійності напрямних рейок.
Різниця в продуктивності партій: Гранітні матеріали з різних партій можуть зазнавати коливань ключових показників, таких як коефіцієнт теплового розширення та демпфування, через різницю в мінеральному складі, що впливає на стабільність виробництва партій обладнанням. Для автоматизованих виробничих ліній, які потребують взаємодії кількох пристроїв, такі відмінності можуть призвести до збільшення розкиду точності обробки.
По-четверте, він важкий, що впливає на динамічні характеристики обладнання
Основний недолік: граніт має високу щільність (2,6-3,0 г/см³), а його вага приблизно в 1,2 раза більша, ніж у чавуну, і в 2,5 раза більша, ніж у алюмінієвого сплаву за того ж об'єму.
Вплив на обладнання з ЧПК:
Затримка реакції руху: У високошвидкісних обробних центрах або п'ятиосьових верстатах велика маса гранітної основи збільшує інерцію навантаження лінійного двигуна/ходового гвинта, що призводить до затримки динамічної реакції під час розгону/уповільнення (що може збільшити час запуску-зупинки на 5-10%), впливаючи на ефективність обробки.
Збільшення споживання енергії: Для керування важкими гранітними компонентами потрібні потужніші серводвигуни, що підвищує загальне споживання енергії обладнанням (фактичні вимірювання показують, що за тих самих умов роботи споживання енергії обладнанням з гранітної основи на 8%-12% вище, ніж обладнанням з чавуну). Тривале використання збільшить виробничі витрати.
П'яте, здатність протистояти тепловому удару обмежена
Основний недолік: хоча граніт має низький коефіцієнт теплового розширення, його теплопровідність низька (теплопровідність становить лише 1,5-3,0 Вт/(м·K), що приблизно 1/10 від теплопровідності чавуну), а різкі локальні перепади температури схильні до виникнення термічних напружень.
Вплив на обладнання з ЧПК:
Проблема різниці температур у зоні обробки: Якщо ріжуча рідина концентровано роз'їдає локальну ділянку гранітного робочого столу, це може спричинити градієнт температур (наприклад, різницю температур 5-10℃) між цією ділянкою та навколишньою зоною, що призводить до незначної теплової деформації (величина деформації може досягати 1-3 мкм), що впливає на точність та стабільність прецизійної обробки (наприклад, шліфування зубчастих коліс на мікронному рівні).
Ризик довготривалої термічної втоми: У цехових умовах з частими пусками та зупинками або великими перепадами температур між днем та ніччю, гранітні компоненти можуть мати мікротріщини через багаторазове теплове розширення та стиснення, поступово послаблюючи жорсткість конструкції.
Час публікації: 24 травня 2025 р.