Perché i minerali possono essere scelti come colate per i centri di lavoro CNC?

State inseguendo una precisione a livello di micron, ma la vostra macchina continua a opporsi. Le vibrazioni rovinano la finitura superficiale e le variazioni di temperatura provocano una deriva delle dimensioni. Il problema potrebbe non essere la vostra impostazione, ma la fondazione stessa.

I minerali possono essere scelti come getti per il basamento perché offrono uno smorzamento delle vibrazioni da 6 a 10 volte superiore a quello della ghisa. Possiedono un'elevata inerzia termica e una bassa espansione termica, che impedisce la deriva della precisione. La stabilità del materiale garantisce che i centri di lavorazione CNC ad alta precisione mantengano tolleranze rigorose e prolunghino la durata degli utensili.

Un tempo ci affidavamo esclusivamente alla ghisa grigia. Ma con l'aumento delle velocità e l'inasprimento delle tolleranze, la ghisa ha iniziato a mostrare i suoi limiti. Ecco perché ci siamo orientati verso la fusione minerale per le nostre apparecchiature di fascia alta. Vi spiego i motivi specifici per cui questo materiale sta cambiando il gioco.

Quali materiali minerali possono essere utilizzati per le fusioni dei basamenti dei centri di lavoro CNC?

Se sentite parlare di "colata minerale", potreste pensare che stiamo semplicemente versando del calcestruzzo. È molto più avanzato di così. Si tratta di una scienza precisa che mescola la natura con la chimica.

I materiali principali sono i compositi di resina epossidica (alta precisione, elevato smorzamento), le fusioni a base di polimeri (matrice di poliestere economica) e le fusioni minerali composite (che combinano minerali con inserti in acciaio). Queste miscele utilizzano aggregati come sabbia di quarzo e scaglie di granito legati alla resina per creare una struttura con un'elevata resistenza alla compressione (130-160 N/mm²).

Quando si parla di colata minerale, di solito ci si riferisce a un materiale composito. Si suddivide in tre categorie principali, in base al legante e all'applicazione.
In primo luogo, c'è Colata minerale composita in resina epossidica¹. Questo è il gold standard per le macchine ad alta precisione. Mescoliamo particelle minerali naturali, come sabbia di quarzo o scaglie di granito, con una resina epossidica di alta qualità. Il risultato è un materiale con uno smorzamento e una stabilità termica incredibilmente elevati. Formulazioni come questa sono utilizzate per i componenti principali delle nostre macchine migliori, che offrono resistenze alla compressione fino a 160 N/mm².
In secondo luogo, abbiamo Colata minerale a base di polimeri². Utilizza un legante in resina poliestere. È più facile da lavorare e costa meno, ma non è in grado di gestire il calore come i tipi epossidici. Lo vediamo spesso in macchine con requisiti di precisione moderati.
Terzo, e molto importante, è Colata minerale composita. Si tratta di un approccio ibrido. Poiché non è possibile infilare facilmente un bullone in una roccia, inseriamo inserti in acciaio nella fusione. Inseriamo l'acciaio nei punti in cui è necessaria un'elevata resistenza all'usura, come i supporti delle rotaie, e utilizziamo la fusione minerale per il corpo principale. In questo modo si riesce a bilanciare prestazioni e praticità.

Tipo di materiale	Composizione	Caratteristiche principali	Migliore applicazione
Resina epossidica	Quarzo/Granito + Epossidica	Elevato smorzamento e resistenza	Basi CNC di alta gamma
A base di polimeri	Aggregati + Poliestere	Economicamente vantaggioso	Parti di precisione moderata
Composito	Inserti minerali + acciaio	Prestazioni ibride	Binari e punti di montaggio

Qual è il rapporto di smorzamento dei getti minerali rispetto ai getti tradizionali?

Il taglio ad alta velocità si comporta come un martello che colpisce la macchina. Se il banco suona come una campana, le vibrazioni arrivano direttamente alla punta dell'utensile e rovinano il pezzo.

La colata minerale ha un rapporto di smorzamento significativamente superiore a quello della ghisa grigia, spesso da 6 a 10 volte migliore, con rapporti che vanno da 0,0241 a 0,044. Questo assorbimento superiore sopprime la risonanza durante la lavorazione ad alta velocità, riducendo il chattering degli utensili, migliorando la qualità della superficie e abbassando i livelli di rumore di 20%.

Lo smorzamento è la capacità di un materiale di "uccidere" le vibrazioni.
Pensate alla ghisa grigia. È un metallo. Quando lo si colpisce, vibra a lungo. In una macchina CNC, i movimenti rapidi e le forze di taglio creano queste vibrazioni. Se il banco non le ferma, si accumulano. Questa è la risonanza. La fresa rimbalza, lasciando segni di vibrazione sul pezzo.
La colata minerale è diversa. Si tratta di una miscela di pietre e resina. È isotropa e omogenea. Quando l'energia di vibrazione la colpisce, l'energia si perde all'interno della struttura complessa.
I numeri lo dimostrano. Mentre la ghisa ha un basso livello di smorzamento, colata minerale³ vanta un rapporto di smorzamento⁴ tra 0,0241 e 0,044. Si tratta di una differenza enorme.
Per voi, questo significa due cose. Primo, pezzi migliori. L'utensile rimane fermo e la finitura è liscia. In secondo luogo, una maggiore durata dell'utensile. L'utensile non sbatte continuamente contro il materiale. Inoltre, l'officina è più silenziosa. La fusione assorbe il suono, riducendo la pressione acustica di circa 20%.

Perché la stabilità geometrica migliora quando si utilizzano minerali anziché metallo per i basamenti delle macchine?

Il metallo ha una memoria. Se lo si stressa con il calore durante la produzione, cercherà di tornare indietro in seguito. Questa deformazione distrugge la precisione a lungo termine.

La fusione minerale polimerizza chimicamente a temperatura ambiente, creando zero stress interno. A differenza della ghisa, che si deforma quando si raffredda a causa del calore elevato, i minerali mantengono la loro forma in modo permanente. Con un tasso di ritiro inferiore a 2% e design a pareti spesse, offrono un'eccezionale stabilità geometrica e rigidità.

La stabilità geometrica fa sì che la macchina rimanga squadrata e piatta per anni.
La ghisa tradizionale viene fusa a temperature estreme. Quando si raffredda, si restringe in modo non uniforme. Questo blocca lo "stress interno" del metallo. Nel corso dei mesi, il metallo si rilassa e il letto si deforma. Si perde l'allineamento.
Colata minerale⁵ risolve questo problema. La colata avviene a temperatura ambiente, di solito al di sotto dei 45°C. Non c'è shock termico. Non c'è stress interno. Una volta che l'epossidica polimerizza, la forma è fissata per sempre.
Il materiale è anche chimicamente stabile. Non reagisce con i fluidi da taglio o i refrigeranti.
Alcuni si preoccupano della rigidità perché la roccia è più leggera del ferro. È vero che la densità è circa 1/3 di quella del ferro. Tuttavia, noi progettiamo in modo diverso. Le pareti di un letto minerale sono 3 volte più spesse di quelle di un letto di ferro, oppure sono solide. In questo modo si ottiene la stessa rigidità, ma con una migliore stabilità. L'elevata isotropia garantisce che le proprietà siano le stesse in ogni direzione, quindi non ci sono punti deboli.

Perché il basso coefficiente di espansione termica dei minerali impedisce la "deriva di precisione" durante il funzionamento?

Avviate la macchina al freddo del mattino e a mezzogiorno i vostri pezzi sono fuori tolleranza. Il calore è il nemico invisibile della produzione di precisione.

La colata minerale ha un coefficiente di espansione termica (CTE) pari a circa 1/3 di quello della ghisa. Reagisce lentamente alle variazioni di temperatura grazie all'elevata inerzia termica. Ciò impedisce al letto di espandersi o piegarsi quando l'officina si scalda, bloccando di fatto la "deriva di precisione" e mantenendo la tolleranza.

La "deriva di precisione" si verifica quando la macchina cambia dimensione.
Durante il turno, i motori generano calore. L'attrito crea calore. La temperatura ambiente aumenta. Il metallo conduce questo calore molto velocemente. Se si utilizza un basamento in ghisa, questo si espande. Anche una piccola espansione allontana il mandrino dal pezzo.
La colata minerale funge da tampone termico. La sua conducibilità termica è molto bassa, inferiore a 5% della ghisa. Non trasferisce facilmente il calore.
Ha anche un'elevata capacità termica. Richiede molto tempo per riscaldarsi. Lo chiamiamo "inerzia termica⁶." Se la temperatura del negozio oscilla, il letto minerale se ne accorge appena.
Soprattutto, il suo Coefficiente di espansione termica (CTE)⁷ è molto basso. Si espande solo di 1/3 rispetto al ferro a parità di aumento di temperatura.
Questo aspetto è fondamentale per le macchine a 5 assi o per le rettifiche di alta precisione. Riducendo la deformazione termica alla fonte, garantiamo che la precisione geometrica, come la rettilineità delle rotaie, rimanga costante per tutto il giorno.

Conclusione

La colata minerale supera il metallo assorbendo le vibrazioni, resistendo al calore e mantenendo una forma permanente. È la scelta migliore per fondazioni di macchine utensili di alta precisione e di lunga durata.

---