Epoxidová žula, známá také jako syntetická žula, je směs epoxidu a žuly běžně používaná jako alternativní materiál pro základny obráběcích strojů. Epoxidová žula se používá místo litiny a oceli pro lepší tlumení vibrací, delší životnost nástrojů a nižší montážní náklady.
Základna obráběcích strojů
Obráběcí stroje a další vysoce přesné stroje se pro svůj statický a dynamický výkon spoléhají na vysokou tuhost, dlouhodobou stabilitu a vynikající tlumicí vlastnosti základního materiálu. Nejčastěji používanými materiály pro tyto konstrukce jsou litina, svařované ocelové konstrukce a přírodní žula. Vzhledem k nedostatečné dlouhodobé stabilitě a velmi špatným tlumicím vlastnostem se ocelové konstrukce zřídka používají tam, kde je vyžadována vysoká přesnost. Kvalitní litina, která je uvolněna od pnutí a žíhána, dodá konstrukci rozměrovou stabilitu a lze ji odlévat do složitých tvarů, ale po odlití vyžaduje drahý obráběcí proces pro vytvoření přesných povrchů.
Kvalitní přírodní žula se shání stále těžší, ale má vyšší tlumicí schopnost než litina. Stejně jako u litiny je obrábění přírodní žuly pracné a drahé.
Přesné žulové odlitky se vyrábějí smícháním žulových kameniv (které se drtí, promyje a suší) s epoxidovým pryskyřičným systémem při pokojové teplotě (tj. procesem vytvrzování za studena). Ve složení lze také použít křemenné kamenivo jako plnivo. Vibračním zhutňováním během procesu formování se kamenivo pevně stlačí dohromady.
Závitové vložky, ocelové desky a chladicí trubky lze odlévat během procesu odlévání. Pro dosažení ještě vyššího stupně všestrannosti lze lineární kolejnice, broušené kluzné dráhy a úchyty motorů replikovat nebo zalit injektáží, čímž se eliminuje potřeba jakéhokoli obrábění po odlévání. Povrchová úprava odlitku je stejně dobrá jako povrch formy.
Výhody a nevýhody
Mezi výhody patří:
■ Tlumení vibrací.
■ Flexibilita: do polymerového základu lze integrovat zakázkové lineární dráhy, nádrže na hydraulickou kapalinu, závitové vložky, řeznou kapalinu a potrubní rozvody.
■ Začlenění vložek atd. umožňuje výrazně snížit obrábění hotového odlitku.
■ Doba montáže se zkracuje začleněním více komponentů do jednoho odlitku.
■ Nevyžaduje jednotnou tloušťku stěny, což umožňuje větší flexibilitu designu základny.
■ Chemická odolnost vůči většině běžných rozpouštědel, kyselinám, zásadám a řezným kapalinám.
■ Nevyžaduje natírání.
■Kompozit má hustotu přibližně stejnou jako hliník (ale kusy jsou silnější, aby se dosáhlo ekvivalentní pevnosti).
■ Proces odlévání kompozitního polymerbetonu spotřebovává mnohem méně energie než kovové odlitky. Polymerní lité pryskyřice spotřebují k výrobě velmi málo energie a proces odlévání probíhá při pokojové teplotě.
Epoxidový žulový materiál má vnitřní tlumící faktor až desetkrát lepší než litina, až třikrát lepší než přírodní žula a až třicetkrát lepší než ocelové konstrukce. Není ovlivněn chladicími kapalinami, má vynikající dlouhodobou stabilitu, zlepšenou tepelnou stabilitu, vysokou torzní a dynamickou tuhost, vynikající absorpci hluku a zanedbatelné vnitřní pnutí.
Mezi nevýhody patří nízká pevnost v tenkých profilech (méně než 25 mm), nízká pevnost v tahu a nízká odolnost proti nárazům.
Úvod do rámů pro minerální odlitky
Minerální lití je jedním z nejúčinnějších moderních stavebních materiálů. Výrobci přesných strojů patřili k průkopníkům v používání minerálního lití. Dnes je jeho využití v oblasti CNC frézek, vrtaček, brusek a elektroerozivních strojů na vzestupu a výhody se neomezují pouze na vysokorychlostní stroje.
Minerální odlitek, označovaný také jako epoxidový žulový materiál, se skládá z minerálních plniv, jako je štěrk, křemenný písek, ledovcová moučka a pojiva. Materiál se míchá podle přesných specifikací a za studena se odlévá do forem. Pevný základ je základem úspěchu!
Nejmodernější obráběcí stroje musí běžet stále rychleji a poskytovat větší přesnost než kdy dříve. Vysoké rychlosti pojezdu a náročné obrábění však způsobují nežádoucí vibrace rámu stroje. Tyto vibrace mají negativní vliv na povrch součásti a zkracují životnost nástroje. Rámy z minerálních odlitků vibrace rychle snižují – přibližně 6krát rychleji než litinové rámy a 10krát rychleji než ocelové rámy.
Obráběcí stroje s minerálními licími lůžky, jako jsou frézky a brusky, jsou výrazně přesnější a dosahují lepší kvality povrchu. Kromě toho se výrazně snižuje opotřebení nástrojů a prodlužuje se jejich životnost.
Kompozitní minerální (epoxidová žula) litá konstrukce přináší několik výhod:
- Tvarování a pevnost: Proces odlévání minerálů poskytuje mimořádnou míru volnosti, pokud jde o tvarování součástí. Specifické vlastnosti materiálu a procesu vedou k poměrně vysoké pevnosti a výrazně nižší hmotnosti.
- Integrace infrastruktury: Proces odlévání minerálů umožňuje jednoduchou integraci konstrukce a dalších komponentů, jako jsou vodicí lišty, závitové vložky a přípojky pro instalatérské práce, během samotného procesu odlévání.
- Výroba složitých strojních konstrukcí: Co by bylo u konvenčních procesů nepředstavitelné, se s odléváním minerálů stává možným: Několik součástí lze sestavit do složitých struktur pomocí lepených spojů.
- Ekonomická rozměrová přesnost: V mnoha případech se minerální odlitky odlévají na konečné rozměry, protože během kalení prakticky nedochází ke smršťování. Díky tomu lze eliminovat další nákladné dokončovací procesy.
- Přesnost: Dalším broušením, tvářením nebo frézováním se dosahuje vysoce přesných referenčních nebo nosných ploch. Díky tomu lze elegantně a efektivně realizovat mnoho strojních konceptů.
- Dobrá tepelná stabilita: Minerální odlitky reagují na změny teploty velmi pomalu, protože jejich tepelná vodivost je výrazně nižší než u kovových materiálů. Z tohoto důvodu mají krátkodobé změny teploty výrazně menší vliv na rozměrovou přesnost obráběcího stroje. Lepší tepelná stabilita lože stroje znamená, že se lépe zachovává celková geometrie stroje a v důsledku toho se minimalizují geometrické chyby.
- Žádná koroze: Minerálně odlité součásti jsou odolné vůči olejům, chladivům a dalším agresivním kapalinám.
- Lepší tlumení vibrací pro delší životnost nástrojů: naše minerální odlitky dosahují až 10krát lepších hodnot tlumení vibrací než ocel nebo litina. Díky těmto vlastnostem se dosahuje extrémně vysoké dynamické stability konstrukce stroje. Výhody, které to má pro výrobce a uživatele obráběcích strojů, jsou zřejmé: lepší kvalita povrchové úpravy obráběných nebo broušených součástí a delší životnost nástroje, což vede k nižším nákladům na nástroje.
- Životní prostředí: Dopad na životní prostředí během výroby je snížen.
Rám z minerální litiny vs. rám z litiny
Výhody našeho nového minerálního odlitku oproti dříve používanému litinovému rámu naleznete níže:
| Minerální odlitky (epoxidová žula) | Litina | |
| Tlumení | Vysoký | Nízký |
| Tepelný výkon | Nízká tepelná vodivost a vysoce specifické teplo kapacita | Vysoká tepelná vodivost a nízká specifikovaná tepelná kapacita |
| Vestavěné díly | Neomezený design a Jednodílná forma a bezproblémové připojení | Nutné obrábění |
| Odolnost proti korozi | Extra vysoká | Nízký |
| Environmentální Přívětivost | Nízká spotřeba energie | Vysoká spotřeba energie |
Závěr
Minerální odlitky jsou ideální pro rámové konstrukce našich CNC strojů. Nabízí jasné technologické, ekonomické a environmentální výhody. Technologie minerálních odlitků poskytuje vynikající tlumení vibrací, vysokou chemickou odolnost a významné tepelné výhody (tepelná roztažnost podobná oceli). Spojovací prvky, kabely, senzory a měřicí systémy lze odlévat do sestavy.
Jaké jsou výhody obráběcího centra s ložem z žuly pro lití minerálů?
Minerální odlitky (umělá žula, zvaná pryskyřičný beton) jsou v průmyslu obráběcích strojů široce přijímány jako konstrukční materiál již více než 30 let.
Podle statistik používá v Evropě každý desátý obráběcí stroj minerální odlitky jako lože. Použití nevhodných zkušeností, neúplných nebo nesprávných informací však může vést k podezření a předsudkům vůči minerálním odlitkům. Proto je při výrobě nových zařízení nutné analyzovat výhody a nevýhody minerálních odlitků a porovnat je s jinými materiály.
Základ stavebních strojů se obecně dělí na litinu, minerální odlitky (polymerní a/nebo reaktivní pryskyřičný beton), ocel/svařované konstrukce (s injektáží/bez injektáží) a přírodní kámen (například žula). Každý materiál má své vlastní vlastnosti a neexistuje dokonalý konstrukční materiál. Pouze posouzením výhod a nevýhod materiálu v závislosti na specifických konstrukčních požadavcích lze vybrat ideální konstrukční materiál.
Dvě důležité funkce konstrukčních materiálů – zajištění geometrie, polohy a absorpce energie součástí – kladou požadavky na výkon (statický, dynamický a tepelný výkon), funkční/strukturální požadavky (přesnost, hmotnost, tloušťka stěny, snadnost použití vodicích lišt) pro instalaci materiálů, systém cirkulace médií, logistiku a náklady (cena, množství, dostupnost, charakteristiky systému).
I. Požadavky na vlastnosti konstrukčních materiálů
1. Statické charakteristiky
Kritériem pro měření statických vlastností podkladu je obvykle tuhost materiálu – minimální deformace při zatížení, spíše než vysoká pevnost. Z hlediska statické elastické deformace lze minerální odlitky považovat za izotropní homogenní materiály, které se řídí Hookovým zákonem.
Hustota a modul pružnosti minerálních odlitků jsou 1/3 hustoty a modul pružnosti litiny. Vzhledem k tomu, že minerální odlitky a litiny mají stejnou specifickou tuhost, je při stejné hmotnosti tuhost litiny a minerálních odlitků stejná bez ohledu na vliv tvaru. V mnoha případech je konstrukční tloušťka stěny minerálních odlitků obvykle třikrát větší než u litiny a tato konstrukce nezpůsobí žádné problémy s mechanickými vlastnostmi výrobku nebo odlitku. Minerální odlitky jsou vhodné pro práci ve statických prostředích, která přenášejí tlak (např. lůžka, podpěry, sloupy) a nejsou vhodné jako tenkostěnné a/nebo malé rámy (např. stoly, palety, měniče nástrojů, vozíky, podpěry vřeten). Hmotnost konstrukčních dílů je obvykle omezena vybavením výrobců minerálních odlitků a minerální odlitky nad 15 tun jsou obecně vzácné.
2. Dynamické charakteristiky
Čím vyšší je rychlost otáčení a/nebo zrychlení hřídele, tím důležitější je dynamický výkon stroje. Rychlé polohování, rychlá výměna nástrojů a vysokorychlostní posuv neustále posilují mechanickou rezonanci a dynamické buzení konstrukčních částí stroje. Kromě rozměrového návrhu součásti jsou průhyb, rozložení hmotnosti a dynamická tuhost součásti výrazně ovlivněny tlumicími vlastnostmi materiálu.
Použití minerálních odlitků nabízí dobré řešení těchto problémů. Protože absorbují vibrace 10krát lépe než tradiční litina, mohou výrazně snížit amplitudu a vlastní frekvenci.
V obráběcích operacích, jako je třískové obrábění, může dosáhnout vyšší přesnosti, lepší kvality povrchu a delší životnosti nástroje. Zároveň si minerální odlitky vedly dobře i z hlediska hlukového dopadu, a to díky porovnání a ověření základů, odlitků převodovek a příslušenství z různých materiálů pro velké motory a odstředivky. Podle analýzy kročejového hluku mohou minerální odlitky dosáhnout lokálního snížení hladiny akustického tlaku o 20 %.
3. Tepelné vlastnosti
Odborníci odhadují, že přibližně 80 % odchylek obráběcích strojů je způsobeno tepelnými vlivy. Přerušení procesu, jako jsou vnitřní nebo vnější zdroje tepla, předehřívání, výměna obrobků atd., jsou příčinami tepelné deformace. Aby bylo možné vybrat nejlepší materiál, je nutné si ujasnit požadavky na materiál. Vysoká měrná tepelná kapacita a nízká tepelná vodivost umožňují minerálním odlitkům mít dobrou tepelnou setrvačnost vůči přechodným teplotním vlivům (jako je výměna obrobků) a kolísání teploty okolí. Pokud je vyžadován rychlý předehřev, jako je kovové lože, nebo je teplota lože zakázána, lze do minerálního odlitku přímo odlít topná nebo chladicí zařízení pro regulaci teploty. Použití tohoto typu zařízení pro teplotní kompenzaci může snížit deformaci způsobenou vlivem teploty, což pomáhá zlepšit přesnost za rozumnou cenu.
II. Funkční a strukturální požadavky
Integrita je rozlišovacím znakem, který odlišuje minerální odlitky od ostatních materiálů. Maximální teplota odlévání minerálních odlitků je 45 °C a díky vysoce přesným formám a nástrojům lze díly a minerální odlitky odlévat společně.
Pokročilé techniky přetváření lze použít i na minerální odlitky, což vede k přesnému uchycení a povrchům kolejnic, které nevyžadují obrábění. Stejně jako jiné základní materiály podléhají minerální odlitky specifickým pravidlům pro konstrukční návrh. Tloušťka stěny, nosné příslušenství, žebrové vložky, metody nakládání a vykládání se do určité míry liší od ostatních materiálů a je třeba je předem zvážit během návrhu.
III. Požadavky na náklady
I když je důležité zvážit z technického hlediska, stále více se ukazuje důležitost nákladové efektivity. Použití minerálních odlitků umožňuje inženýrům ušetřit značné výrobní a provozní náklady. Kromě úspor nákladů na obrábění se odpovídajícím způsobem snižují náklady na odlévání, finální montáž a rostoucí logistické náklady (skladování a doprava). Vzhledem k vysoké funkčnosti minerálních odlitků by se na ně mělo pohlížet jako na celý projekt. Ve skutečnosti je rozumnější provést cenové srovnání při instalaci nebo předinstalaci základny. Relativně vysoké počáteční náklady představují náklady na formy a nástroje pro odlévání minerálů, ale tyto náklady lze při dlouhodobém používání (500–1000 kusů/ocelová forma) snížit a roční spotřeba je asi 10–15 kusů.
IV. Rozsah použití
Minerální odlitky jako konstrukční materiál neustále nahrazují tradiční konstrukční materiály a klíčem k jejich rychlému rozvoji jsou minerální odlitky, formy a stabilní spojovací struktury. V současné době se minerální odlitky široce používají v mnoha oblastech obráběcích strojů, jako jsou brusky a vysokorychlostní obrábění. Výrobci brusek byli průkopníky v sektoru obráběcích strojů, kteří používali minerální odlitky pro lože strojů. Například světově uznávané společnosti jako ABA z&b, Bahmler, Jung, Mikrosa, Schaudt, Stude atd. vždy těžily z tlumení, tepelné setrvačnosti a integrity minerálních odlitků pro dosažení vysoké přesnosti a vynikající kvality povrchu v procesu broušení.
Vzhledem k neustále rostoucímu dynamickému zatížení jsou minerální odlitky stále více upřednostňovány i předními světovými společnostmi v oblasti brusek nástrojů. Lože z minerálních odlitků má vynikající tuhost a dokáže dobře eliminovat sílu způsobenou zrychlením lineárního motoru. Zároveň organická kombinace dobrého výkonu při pohlcování vibrací a lineárního motoru může výrazně zlepšit kvalitu povrchu obrobku a prodloužit životnost brusného kotouče.
Co se týče jedné součásti, do délky 10 000 mm je to pro nás snadné.
Jaká je minimální tloušťka stěny?
Obecně by minimální tloušťka profilu základny stroje měla být alespoň 60 mm. Tenčí profily (např. o tloušťce 10 mm) lze odlévat s jemným kamenivem a jeho směsmi.
Míra smrštění po odlití je přibližně 0,1–0,3 mm na 1000 mm. Pokud jsou vyžadovány přesnější mechanické díly z minerálních odlitků, lze tolerancí dosáhnout sekundárním broušením na CNC, ručním lapováním nebo jinými obráběcími procesy.
Náš minerální licí materiál je přírodní žula Jinan Black. Většina společností volí pro stavbu pouze běžnou přírodní žulu nebo běžný kámen.
· Suroviny: s unikátními částicemi Jinan Black Granite (nazývané také „JinanQing“) jako kamenivo, které je světově proslulé vysokou pevností, vysokou tuhostí a vysokou odolností proti opotřebení;
· Receptura: s unikátními vyztuženými epoxidovými pryskyřicemi a přísadami, různými složkami s různými recepturami pro zajištění optimálního komplexního výkonu;
· Mechanické vlastnosti: absorpce vibrací je přibližně 10krát vyšší než u litiny, dobré statické a dynamické vlastnosti;
· Fyzikální vlastnosti: hustota je asi 1/3 hustoty litiny, má vyšší tepelně bariérové vlastnosti než kovy, není hygroskopická, má dobrou tepelnou stabilitu;
· Chemické vlastnosti: vyšší odolnost proti korozi než kovy, šetrné k životnímu prostředí;
· Rozměrová přesnost: lineární smrštění po odlití je cca 0,1–0,3 m²/m, extrémně vysoká tvarová a protilehlá přesnost ve všech rovinách;
· Strukturální integrita: lze odlévat velmi složité struktury, zatímco použití přírodní žuly obvykle vyžaduje montáž, spojování a lepení;
· Pomalá tepelná reakce: reaguje na krátkodobé změny teploty mnohem pomaleji a mnohem méně;
· Zapuštěné vložky: spojovací prvky, trubky, kabely a komory lze zapustit do konstrukce, vložky lze použít z materiálů včetně kovu, kamene, keramiky a plastu atd.