Почему минералы могут быть выбраны в качестве литейной основы для обрабатывающих центров с ЧПУ?

Вы гонитесь за микронной точностью, но ваш станок продолжает бороться с вами. Вибрации разрушают поверхность, а перепады температуры вызывают смещение размеров. Проблема может заключаться не в настройках, а в самом фундаменте.

Минералы могут быть выбраны в качестве литья для станин, поскольку они обеспечивают демпфирование вибраций в 6-10 раз лучше, чем чугун. Они обладают высокой тепловой инерцией и низким тепловым расширением, что предотвращает смещение точности. Такая стабильность материала позволяет высокоточным обрабатывающим центрам с ЧПУ выдерживать строгие допуски и продлевать срок службы инструмента.

Раньше мы полностью полагались на серый чугун. Но с ростом скоростей и ужесточением допусков чугун начал показывать свои пределы. Поэтому мы перешли на минеральное литье для нашего высококлассного оборудования. Позвольте мне объяснить конкретные причины, по которым этот материал меняет игру.

Какие минеральные материалы могут быть использованы для изготовления отливок станины обрабатывающего центра с ЧПУ?

Вы можете услышать "минеральное литье" и подумать, что мы просто заливаем бетон. На самом деле все гораздо сложнее. Это точная наука о смешении природы и химии.

Основными материалами являются композит на основе эпоксидной смолы (высокая точность, высокая демпфирующая способность), литье на основе полимеров (экономичная полиэфирная матрица) и композитное минеральное литье (сочетание минералов со стальными вставками). В этих смесях используются такие заполнители, как кварцевый песок и гранитная крошка, скрепленные смолой для создания структуры с высокой прочностью на сжатие (130-160 Н/мм²).

Когда мы говорим о минеральном литье, мы обычно имеем в виду композитный материал. Они делятся на три основные категории в зависимости от связующего вещества и области применения.
Во-первых, есть Эпоксидная смола композит минеральное литье¹. Это золотой стандарт для высокоточных станков. Мы смешиваем природные минеральные частицы - кварцевый песок или гранитную крошку - с высококачественной эпоксидной смолой. В результате получается материал с невероятно высокой демпфирующей способностью и термостабильностью. Подобные составы используются для основных компонентов наших лучших станков, обеспечивая прочность на сжатие до 160 Н/мм².
Во-вторых, у нас есть Минеральное литье на основе полимеров². В нем используется связующее вещество из полиэфирной смолы. Он проще в обработке и стоит дешевле, но не так хорошо переносит нагрев, как эпоксидные типы. Мы часто используем его в машинах с умеренными требованиями к точности.
В-третьих, что очень важно, это Отливка из композитных материалов. Это гибридный подход. Поскольку болт нельзя легко вкрутить в камень, мы вставляем стальные вставки в отливку. Мы используем сталь там, где нужна высокая износостойкость, например, в креплениях рельсов, а для основного корпуса применяем минеральное литье. Это позволяет сбалансировать производительность и практичность.

Тип материала	Состав	Ключевая особенность	Лучшее приложение
Эпоксидная смола	Кварц/гранит + эпоксидная смола	Высокая демпфирующая способность и прочность	Высокотехнологичные основания с ЧПУ
На основе полимеров	Агрегаты + полиэстер	Экономически эффективный	Детали умеренной точности
Композит	Минерал + стальные вставки	Гибридная производительность	Рельсы и точки крепления

Как соотношение демпфирования минеральных отливок сравнивается с традиционными отливками?

Высокоскоростная резка действует как молоток, бьющий по станку. Если станина звенит, как колокол, эта вибрация передается прямо на кончик инструмента и разрушает деталь.

Коэффициент демпфирования минерального литья значительно выше, чем у серого чугуна, - часто в 6-10 раз, а коэффициент демпфирования варьируется от 0,0241 до 0,044. Такое превосходное поглощение подавляет резонанс при высокоскоростной обработке, уменьшая болтание инструмента, улучшая качество поверхности и снижая уровень шума на 20%.

Демпфирование - это способность материала "убивать" вибрацию.
Подумайте о сером чугуне. Это металл. Когда вы ударяете по нему, он долгое время вибрирует. В станке с ЧПУ быстрые движения и силы резания создают эти вибрации. Если станина не останавливает их, они накапливаются. Это и есть резонанс. Он заставляет фрезу подпрыгивать, оставляя на заготовке следы от ударов.
Минеральное литье - это совсем другое. Оно представляет собой смесь камней и смолы. Она изотропна и однородна. При попадании в него энергии вибрации она теряется внутри сложной структуры.
Цифры доказывают это. В то время как чугун имеет низкий уровень демпфирования, минеральное литьё³ может похвастаться коэффициент демпфирования⁴ между 0,0241 и 0,044. Это огромная разница.
Для вас это означает две вещи. Во-первых, более качественные детали. Инструмент остается устойчивым, поэтому обработка получается гладкой. Во-вторых, более длительный срок службы инструмента. Инструмент не бьется постоянно о материал. Кроме того, в цехе становится тише. Литье поглощает звук, снижая шумовое давление примерно на 20%.

Почему улучшается геометрическая стабильность при использовании минералов вместо металла для станин машин?

Металл обладает памятью. Если во время производства его нагреть, он попытается вернуться назад. Такое искривление разрушает долгосрочную точность.

Минеральное литье затвердевает химически при комнатной температуре, создавая нулевое внутреннее напряжение. В отличие от чугуна, который деформируется при остывании от высокой температуры, минералы сохраняют свою форму надолго. Благодаря коэффициенту усадки менее 2% и толстостенным конструкциям они обеспечивают исключительную геометрическую стабильность и жесткость.

Геометрическая стабильность означает, что машина остается квадратной и ровной на протяжении многих лет эксплуатации.
Традиционный чугун плавится при экстремальных температурах. При остывании он сжимается неравномерно. Это фиксирует "внутреннее напряжение" внутри металла. В течение нескольких месяцев металл расслабляется, и ложе деформируется. Вы теряете центровку.
Минеральное литье⁵ решает эту проблему. Мы отливаем его при комнатной температуре, обычно ниже 45°C. Термический шок отсутствует. Нет внутреннего напряжения. Когда эпоксидная смола затвердевает, форма остается навсегда.
Материал также химически стабилен. Он не вступает в реакцию с жидкостями для резки или охлаждающими жидкостями.
Некоторые люди беспокоятся о жесткости, потому что камень легче железа. Это правда, что плотность составляет около 1/3 от плотности железа. Однако мы проектируем по-другому. Мы делаем стенки минерального пласта в 3 раза толще, чем железного, или делаем их сплошными. Это дает нам ту же жесткость, но лучшую стабильность. Высокая изотропия обеспечивает одинаковые свойства во всех направлениях, поэтому слабые места отсутствуют.

Почему низкий коэффициент теплового расширения минералов предотвращает "дрейф точности" во время работы?

Вы запускаете станок холодным утром, а к полудню ваши детали выходят за пределы допусков. Тепло - невидимый враг точного производства.

Минеральное литье имеет коэффициент теплового расширения (CTE) примерно на 1/3 больше, чем чугун. Оно медленно реагирует на изменение температуры из-за высокой тепловой инерции. Это предотвращает расширение или изгиб станины при нагревании цеха, эффективно останавливая "дрейф точности" и сохраняя допуск.

"Дрейф точности" происходит при изменении размера станка.
Во время работы двигатели выделяют тепло. Трение создает тепло. Температура окружающей среды повышается. Металл проводит это тепло очень быстро. Если вы используете чугунную станину, она расширяется. Даже небольшое расширение смещает шпиндель в сторону от заготовки.
Минеральное литье действует как тепловой буфер. Его теплопроводность очень низкая - меньше 5% чугуна. Оно плохо передает тепло.
Он также обладает высокой теплоемкостью. Ему требуется много времени, чтобы нагреться. Мы называем это "тепловая инерция⁶." Если температура в цехе колеблется, минеральный слой почти не замечает этого.
Самое главное, что его Коэффициент теплового расширения (CTE)⁷ очень мала. При одинаковом повышении температуры он расширяется лишь на 1/3 по сравнению с железом.
Это очень важно для 5-осевых станков или высокоточных шлифовальных машин. Снижая тепловую деформацию в источнике, мы гарантируем, что геометрическая точность, как и прямолинейность рельсов, остается неизменной в течение всего дня.

Заключение

Минеральное литье превосходит металл по поглощению вибрации, устойчивости к нагреву и сохранению постоянной формы. Это лучший выбор для высокоточных и долговечных оснований станков.

---