Warum können Mineralien als Gussbett für CNC-Bearbeitungszentren gewählt werden?

Sie sind auf der Suche nach Präzision im Mikrometerbereich, aber Ihre Maschine macht Ihnen das Leben schwer. Vibrationen ruinieren die Oberflächengüte, und Temperaturschwankungen führen dazu, dass Ihre Abmessungen abweichen. Das Problem liegt vielleicht nicht an Ihren Einstellungen, sondern an der Grundlage selbst.

Mineralien können als Gussbetten gewählt werden, da sie eine 6- bis 10-mal höhere Schwingungsdämpfung als Gusseisen bieten. Sie besitzen eine hohe thermische Trägheit und eine geringe thermische Ausdehnung, was Genauigkeitsabweichungen verhindert. Diese Materialstabilität gewährleistet, dass hochpräzise CNC-Bearbeitungszentren strenge Toleranzen einhalten und die Lebensdauer der Werkzeuge verlängern.

Früher haben wir uns ausschließlich auf Grauguss verlassen. Aber als die Geschwindigkeiten stiegen und die Toleranzen enger wurden, begann Eisen seine Grenzen zu zeigen. Deshalb sind wir bei unseren High-End-Geräten auf Mineralguss umgestiegen. Lassen Sie mich die konkreten Gründe erläutern, warum dieser Werkstoff das Spiel verändert.

Welche mineralischen Werkstoffe können für Gussteile für CNC-Bearbeitungszentren verwendet werden?

Wenn Sie "Mineralguss" hören, denken Sie vielleicht, dass wir nur Beton gießen. Es ist aber viel mehr als das. Es ist eine präzise Wissenschaft, bei der die Natur mit der Chemie vermischt wird.

Die wichtigsten Materialien sind Epoxidharz-Verbundwerkstoffe (hohe Präzision, hohe Dämpfung), Guss auf Polymerbasis (kostengünstige Polyestermatrix) und Mineralguss-Verbundwerkstoffe (Kombination von Mineralien mit Stahleinlagen). Bei diesen Mischungen werden Zuschlagstoffe wie Quarzsand und Granitsplitt mit Harz gebunden, um eine Struktur mit hoher Druckfestigkeit (130-160 N/mm²) zu schaffen.

Wenn wir von Mineralguss sprechen, meinen wir in der Regel einen Verbundwerkstoff. Er lässt sich je nach Bindemittel und Anwendung in drei Hauptkategorien einteilen.
Erstens: Es gibt Epoxidharz-Komposit-Mineralguß¹. Dies ist der Goldstandard für Hochpräzisionsmaschinen. Wir mischen natürliche Mineralpartikel - wie Quarzsand oder Granitsplitt - mit einem hochwertigen Epoxidharz. Das Ergebnis ist ein Material mit unglaublich hoher Dämpfung und thermischer Stabilität. Formulierungen wie diese werden für die Kernkomponenten unserer besten Maschinen verwendet und bieten Druckfestigkeiten von bis zu 160 N/mm².
Zweitens, wir haben Mineralguss auf Polymerbasis². Hier wird ein Polyesterharz als Bindemittel verwendet. Es lässt sich leichter verarbeiten und kostet weniger, ist aber nicht ganz so hitzebeständig wie die Epoxidtypen. Wir sehen dies häufig bei Maschinen mit mäßigen Präzisionsanforderungen.
Drittens, und das ist sehr wichtig, ist Komposit-Mineralguß. Dies ist ein hybrider Ansatz. Da man einen Bolzen nicht einfach in einen Felsen schrauben kann, betten wir Stahleinlagen in den Guss ein. Wir setzen Stahl dort ein, wo wir eine hohe Verschleißfestigkeit benötigen, wie z. B. bei Schienenbefestigungen, und verwenden Mineralguss für den Hauptkörper. Dies schafft ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Zweckmäßigkeit.

Material Typ	Zusammensetzung	Hauptmerkmal	Beste Anwendung
Epoxidharz	Quarz/Granit + Epoxid	Hohe Dämpfung und Festigkeit	Hochwertige CNC-Basen
Auf Polymerbasis	Gesteinskörnungen + Polyester	Kostengünstig	Moderate Präzisionsteile
Komposit	Mineral + Stahleinsätze	Hybride Leistung	Schienen und Befestigungspunkte

Wie ist das Dämpfungsverhältnis von Mineralguss im Vergleich zu herkömmlichem Bettguss?

Hochgeschwindigkeitsschneiden wirkt wie ein Hammer, der auf Ihre Maschine schlägt. Wenn das Bett wie eine Glocke klingelt, überträgt sich diese Vibration direkt auf die Werkzeugspitze und ruiniert das Teil.

Mineralguss hat ein deutlich höheres Dämpfungsverhältnis als Grauguss - oft 6- bis 10-mal besser, mit Verhältnissen von 0,0241 bis 0,044. Diese überragende Dämpfung unterdrückt Resonanzen bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, reduziert Werkzeugrattern, verbessert die Oberflächenqualität und senkt den Lärmpegel um 20%.

Dämpfung ist die Fähigkeit eines Materials, Schwingungen zu "töten".
Denken Sie an Grauguss. Das ist Metall. Wenn Sie darauf schlagen, vibriert es lange Zeit. Bei einer CNC-Maschine werden diese Schwingungen durch schnelle Bewegungen und Schnittkräfte erzeugt. Wenn das Bett sie nicht stoppt, bauen sie sich auf. Das ist die Resonanz. Sie führt dazu, dass der Fräser ausschlägt und Rattermarken auf Ihrem Werkstück hinterlässt.
Mineralguss ist anders. Es handelt sich um eine Mischung aus Steinen und Harz. Er ist isotrop und homogen. Wenn Schwingungsenergie darauf trifft, geht die Energie innerhalb der komplexen Struktur verloren.
Die Zahlen beweisen es. Gusseisen hat zwar eine geringe Dämpfung, Mineralguss³ rühmt sich einer Dämpfungsgrad⁴ zwischen 0,0241 und 0,044. Dies ist ein gewaltiger Unterschied.
Für Sie bedeutet das zwei Dinge. Erstens: bessere Teile. Das Werkzeug bleibt stabil, so dass die Oberfläche glatt ist. Zweitens, längere Lebensdauer des Werkzeugs. Das Werkzeug stößt nicht ständig gegen das Material. Außerdem ist es in der Werkstatt leiser. Das Gussteil absorbiert den Schall und reduziert den Schalldruck um etwa 20%.

Warum verbessert sich die geometrische Stabilität bei der Verwendung von Mineralien anstelle von Metall für Maschinenbetten?

Metall hat ein Gedächtnis. Wenn Sie es während der Herstellung mit Hitze belasten, wird es später versuchen, sich zurückzuziehen. Dieser Verzug beeinträchtigt die langfristige Genauigkeit.

Mineralguss härtet bei Raumtemperatur chemisch aus und erzeugt keine inneren Spannungen. Im Gegensatz zu Gusseisen, das sich beim Abkühlen von hoher Hitze verzieht, behalten Mineralien ihre Form dauerhaft bei. Mit einer Schrumpfungsrate von weniger als 2% und dickwandigen Konstruktionen bieten sie außergewöhnliche geometrische Stabilität und Steifigkeit.

Geometrische Stabilität bedeutet, dass die Maschine über Jahre hinweg quadratisch und flach bleibt.
Herkömmliches Gusseisen wird bei extremen Temperaturen geschmolzen. Wenn es abkühlt, schrumpft es ungleichmäßig. Dadurch werden "innere Spannungen" im Inneren des Metalls gespeichert. Über Monate hinweg entspannt sich das Metall, und das Bett verzieht sich. Sie verlieren die Ausrichtung.
Mineralguss⁵ löst das Problem. Wir gießen sie bei Raumtemperatur, normalerweise unter 45°C. Es gibt keinen Temperaturschock. Es gibt keine inneren Spannungen. Sobald das Epoxid aushärtet, ist die Form für immer festgelegt.
Das Material ist auch chemisch stabil. Es reagiert nicht mit Schneidflüssigkeiten oder Kühlmitteln.
Manche Leute sorgen sich um die Steifigkeit, weil Gestein leichter ist als Eisen. Es stimmt, dass die Dichte etwa 1/3 von Eisen beträgt. Wir konstruieren jedoch anders. Wir machen die Wände eines Mineralbetts dreimal so dick wie die eines Eisenbetts, oder wir machen es massiv. Dadurch erhalten wir die gleiche Steifigkeit, aber eine bessere Stabilität. Die hohe Isotropie sorgt dafür, dass die Eigenschaften in jeder Richtung gleich sind, so dass es keine Schwachstellen gibt.

Warum verhindert der niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient von Mineralien eine "Genauigkeitsdrift" während des Betriebs?

Sie starten die Maschine morgens in der Kälte, und mittags sind Ihre Teile außerhalb der Toleranz. Wärme ist der unsichtbare Feind der Präzisionsfertigung.

Mineralguss hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) von etwa 1/3 desjenigen von Gusseisen. Aufgrund seiner hohen thermischen Trägheit reagiert es langsam auf Temperaturänderungen. Dadurch wird verhindert, dass sich das Bett ausdehnt oder verbiegt, wenn die Werkstatt heiß wird, wodurch die "Genauigkeitsabweichung" effektiv gestoppt und die Toleranz eingehalten wird.

Die "Genauigkeitsdrift" tritt auf, wenn die Maschine ihre Größe ändert.
Während einer Schicht erzeugen die Motoren Wärme. Reibung erzeugt Wärme. Die Umgebungstemperatur steigt an. Metall leitet diese Wärme sehr schnell weiter. Wenn Sie ein Bett aus Gusseisen verwenden, dehnt es sich aus. Selbst eine winzige Ausdehnung bewegt die Spindel vom Werkstück weg.
Mineralguss wirkt wie ein Wärmepuffer. Seine Wärmeleitfähigkeit ist sehr gering und liegt unter 5% von Gusseisen. Es überträgt Wärme nicht leicht.
Außerdem hat es eine hohe Wärmekapazität. Es dauert sehr lange, bis es warm wird. Wir nennen das "thermische Trägheit⁶." Wenn die Temperatur in der Werkstatt schwankt, merkt das Mineralbett das kaum.
Am wichtigsten ist, dass seine Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE)⁷ ist sehr gering. Es dehnt sich bei gleichem Temperaturanstieg nur um 1/3 so stark aus wie Eisen.
Dies ist entscheidend für 5-Achsen-Maschinen oder hochpräzise Schleifmaschinen. Indem wir die thermische Verformung an der Quelle reduzieren, stellen wir sicher, dass die geometrische Genauigkeit - wie die Geradheit von Schienen - den ganzen Tag über konstant bleibt.

Schlussfolgerung

Mineralguss übertrifft Metall, indem er Vibrationen absorbiert, Hitze widersteht und seine Form dauerhaft beibehält. Es ist die beste Wahl für hochpräzise, langlebige Werkzeugmaschinenfundamente.

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