Jaké jsou výhody obráběcího centra s ložem z mramoru a litím 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 rozlišovací znak, 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 technické aspekty, 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.
Čas zveřejnění: 18. ledna 2022