Mitkä ovat mineraalivalun marmoripedin työstökeskuksen edut?
Mineraalivalut (keinotekoinen graniitti eli hartsibetoni) ovat olleet laajalti hyväksyttyjä työstökoneteollisuudessa rakennemateriaalina yli 30 vuoden ajan.
Tilastojen mukaan Euroopassa joka kymmenes työstökone käyttää mineraalivaluja alustana. Väärän kokemuksen, puutteellisen tai virheellisen tiedon käyttö voi kuitenkin johtaa epäilyksiin ja ennakkoluuloihin mineraalivaluja kohtaan. Siksi uusia laitteita valmistettaessa on analysoitava mineraalivalujen edut ja haitat ja verrattava niitä muihin materiaaleihin.
Rakennuskoneiden runko jaetaan yleensä valurautaan, mineraalivaluihin (polymeeri- ja/tai reaktiivinen hartsibetoni), teräs-/hitsattuihin rakenteisiin (laastari/ei-laastari) ja luonnonkiveen (kuten graniitti). Jokaisella materiaalilla on omat ominaisuutensa, eikä täydellistä rakennemateriaalia ole. Ihanteellinen rakennemateriaali voidaan valita vain tutkimalla materiaalin etuja ja haittoja tiettyjen rakennevaatimusten mukaisesti.
Rakennemateriaalien kaksi tärkeää tehtävää – komponenttien geometrian, sijainnin ja energian absorption takaaminen – esittävät vastaavasti suorituskykyvaatimukset (staattinen, dynaaminen ja terminen suorituskyky), toiminnalliset/rakenteelliset vaatimukset (tarkkuus, paino, seinämän paksuus, ohjainten helppous) materiaalien asennukselle, materiaalin kiertojärjestelmälle, logistiikalle sekä kustannusvaatimukset (hinta, määrä, saatavuus, järjestelmän ominaisuudet).
I. Rakennemateriaalien suorituskykyvaatimukset
1. Staattiset ominaisuudet
Alustan staattisten ominaisuuksien mittauskriteerinä on yleensä materiaalin jäykkyys – minimaalinen muodonmuutos kuormituksen alaisena – eikä niinkään korkea lujuus. Staattisen elastisen muodonmuutoksen osalta mineraalivaluja voidaan pitää isotrooppisina homogeenisina materiaaleina, jotka noudattavat Hooken lakia.
Mineraalivalukappaleiden tiheys ja kimmokerroin ovat vastaavasti 1/3 valuraudan vastaavista. Koska mineraalivaluilla ja valuraudoilla on sama ominaisjäykkyys, samalla painolla rautavalukappaleiden ja mineraalivalukappaleiden jäykkyys on sama muodon vaikutusta huomioon ottamatta. Monissa tapauksissa mineraalivalukappaleiden seinämän paksuus on yleensä kolminkertainen rautavalukappaleisiin verrattuna, eikä tämä rakenne aiheuta ongelmia tuotteen tai valukappaleen mekaanisten ominaisuuksien kannalta. Mineraalivalukappaleet soveltuvat työskentelyyn staattisissa painetta kantavissa ympäristöissä (esim. alustat, tuet, pylväät), eivätkä ne sovellu ohutseinäisiksi ja/tai pieniksi kehikoiksi (esim. pöydät, lavat, työkalunvaihtajat, vaunut, karan tuet). Rakenneosien painoa rajoittavat yleensä mineraalivalukappaleiden valmistajien laitteet, ja yli 15 tonnin mineraalivalukappaleet ovat yleensä harvinaisia.
2. Dynaamiset ominaisuudet
Mitä suurempi akselin pyörimisnopeus ja/tai kiihtyvyys on, sitä tärkeämpää koneen dynaaminen suorituskyky on. Nopea asemointi, nopea työkalun vaihto ja suuri syöttönopeus vahvistavat jatkuvasti koneen rakenneosien mekaanista resonanssia ja dynaamista herätettä. Komponentin mittasuunnittelun lisäksi materiaalin vaimennusominaisuudet vaikuttavat merkittävästi komponentin taipumaan, massajakautumaan ja dynaamiseen jäykkyyteen.
Mineraalivalujen käyttö tarjoaa hyvän ratkaisun näihin ongelmiin. Koska ne vaimentavat värähtelyjä 10 kertaa paremmin kuin perinteinen valurauta, ne voivat pienentää huomattavasti amplitudia ja ominaistaajuutta.
Koneistusoperaatioissa, kuten koneistuksessa, se voi tuoda suurempaa tarkkuutta, parempaa pinnanlaatua ja pidempää työkalun käyttöikää. Samalla mineraalivalut suoriutuivat hyvin myös meluvaikutuksen osalta vertaillessaan ja todentaessaan eri materiaaleista valmistettuja jalustoja, vaihteistovaluja ja lisävarusteita suurissa moottoreissa ja sentrifugeissa. Iskuäänianalyysin mukaan mineraalivalu voi saavuttaa paikallisen 20 %:n äänenpainetason laskun.
3. Lämpöominaisuudet
Asiantuntijoiden arvion mukaan noin 80 % työstökoneiden poikkeamista johtuu lämpövaikutuksista. Prosessin keskeytykset, kuten sisäiset tai ulkoiset lämmönlähteet, esilämmitys, työkappaleiden vaihto jne., ovat kaikki lämpömuodonmuutoksen syitä. Parhaan materiaalin valitsemiseksi on tarpeen selvittää materiaalivaatimukset. Korkea ominaislämpö ja alhainen lämmönjohtavuus mahdollistavat mineraalivalukappaleille hyvän lämpöinertian ohimeneviä lämpötilavaikutuksia (kuten työkappaleiden vaihtoa) ja ympäristön lämpötilan vaihteluita vastaan. Jos nopea esilämmitys on tarpeen, kuten metallialustan tapauksessa, tai alustan lämpötilan säätäminen on kielletty, mineraalivalukappaleeseen voidaan valaa suoraan lämmitys- tai jäähdytyslaitteita lämpötilan säätämiseksi. Tällaisen lämpötilakompensointilaitteen käyttö voi vähentää lämpötilan vaikutuksesta johtuvaa muodonmuutosta, mikä auttaa parantamaan tarkkuutta kohtuullisin kustannuksin.
II. Toiminnalliset ja rakenteelliset vaatimukset
Eheys on erottava ominaisuus, joka erottaa mineraalivalut muista materiaaleista. Mineraalivalujen enimmäisvalulämpötila on 45 °C, ja yhdessä erittäin tarkkojen muottien ja työkalujen kanssa osat ja mineraalivalut voidaan valaa yhdessä.
Kehittyneitä uudelleenvalutekniikoita voidaan käyttää myös mineraalivaluaihioissa, mikä johtaa tarkkoihin kiinnitys- ja kiskopintoihin, jotka eivät vaadi koneistusta. Kuten muidenkin perusmateriaalien, mineraalivalujen on noudatettava erityisiä rakennesuunnittelusääntöjä. Seinämän paksuus, kuormaa kantavat lisäosat, ripapalkit sekä lastaus- ja purkumenetelmät eroavat kaikki jossain määrin muista materiaaleista, ja ne on otettava huomioon etukäteen suunnittelussa.
III. Kustannusvaatimukset
Vaikka teknisestä näkökulmasta on tärkeää tarkastella asiaa, kustannustehokkuus on yhä tärkeämpää. Mineraalivalujen käyttö antaa insinööreille mahdollisuuden säästää merkittäviä tuotanto- ja käyttökustannuksia. Koneistuskustannusten säästöjen lisäksi valu, loppukokoonpano ja kasvavat logistiikkakustannukset (varastointi ja kuljetus) pienenevät vastaavasti. Ottaen huomioon mineraalivalujen korkeatasoisen toiminnallisuuden, niitä tulisi tarkastella kokonaisuutena. Itse asiassa on järkevämpää tehdä hintavertailu, kun alusta on asennettu tai esiasennettu. Suhteellisen korkeat alkukustannukset ovat mineraalivalumuottien ja työkalujen kustannukset, mutta nämä kustannukset voivat laimentua pitkäaikaisessa käytössä (500–1000 kappaletta/teräsmuotti), ja vuosittainen kulutus on noin 10–15 kappaletta.
IV. Käyttöalue
Rakennemateriaalina mineraalivalut korvaavat jatkuvasti perinteisiä rakennemateriaaleja, ja niiden nopean kehityksen avain on mineraalivaluissa, muoteissa ja vakaissa sidosrakenteissa. Tällä hetkellä mineraalivaluja on käytetty laajalti monilla työstökonealoilla, kuten hiomakoneissa ja suurnopeuskoneistuksessa. Hiomakonevalmistajat ovat olleet työstökonesektorin pioneereja mineraalivalujen käytössä konepeteissä. Esimerkiksi maailmankuulut yritykset, kuten ABA z&b, Bahmler, Jung, Mikrosa, Schaudt, Stude jne., ovat aina hyötyneet mineraalivalujen vaimennuksesta, lämpöinertiasta ja eheydestä saavuttaakseen suuren tarkkuuden ja erinomaisen pinnanlaadun hiontaprosessissa.
Jatkuvasti kasvavien dynaamisten kuormien myötä mineraalivalut ovat yhä suositumpia myös maailman johtavien hiomakoneiden valmistajien keskuudessa. Mineraalivalualustalla on erinomainen jäykkyys, ja se poistaa hyvin lineaarimoottorin kiihtyvyyden aiheuttaman voiman. Samalla hyvän tärinänvaimennuskyvyn ja lineaarimoottorin orgaaninen yhdistelmä voi parantaa huomattavasti työkappaleen pinnanlaatua ja hiomalaikan käyttöikää.
Julkaisun aika: 18. tammikuuta 2022