În scenariile de procesare de înaltă precizie ale mașinilor de marcare cu laser de nivel picosecundă, baza, ca componentă principală de susținere a echipamentului, selecția materialului acesteia determină direct stabilitatea preciziei procesării. Granitul și fonta sunt două materiale comune pentru fabricarea bazelor. Acest articol va realiza o comparație din aspecte precum proprietățile fizice, principiul atenuării preciziei și datele de aplicare practică, oferind o bază științifică pentru modernizarea echipamentelor.
I. Diferențe în ceea ce privește proprietățile materialelor: Logica fundamentală a performanței de precizie
Granitul este o rocă magmatică naturală, formată prin cristalizarea strânsă a unor minerale precum cuarțul și feldspatul în interior. Se caracterizează printr-o structură densă și o duritate ridicată. Densitatea sa este de obicei între 2,7 și 3,1 g/cm³, iar coeficientul de dilatare termică este extrem de scăzut, de aproximativ (4-8) ×10⁻⁶/℃, ceea ce poate rezista eficient influenței schimbărilor de temperatură asupra preciziei echipamentului. În plus, microstructura unică a granitului îi conferă o performanță excelentă de amortizare, permițându-i să absoarbă rapid energia vibrațiilor externe și să reducă interferența vibrațiilor asupra preciziei procesării.
Fonta, ca material industrial tradițional, are o densitate de aproximativ 7,86 g/cm³, o rezistență la compresiune relativ mare, dar este fierbinte.
Indicele de dilatare (aproximativ 12×10⁻⁶/℃) este de 1,5-3 ori mai mare decât cel al granitului. Mai mult, în interiorul fontei există structuri de grafit sub formă de fulgi. În timpul utilizării pe termen lung, aceste structuri pot duce la concentrarea stresului, afectând stabilitatea materialului și, ulterior, cauzând o scădere a preciziei.
Ii. Mecanismul de atenuare a preciziei în prelucrarea la nivel de picosecundă
Prelucrarea cu laser la nivel de picosecundă are cerințe extrem de ridicate pentru stabilitatea mediului. Orice ușoară deformare a materialului de bază va fi amplificată în rezultatul procesării. Fluctuațiile de temperatură, vibrațiile generate de funcționarea echipamentului, oboseala sub sarcină pe termen lung etc. sunt factori cheie care duc la atenuarea preciziei.
Când temperatura se schimbă, dimensiunea granitului se modifică ușor datorită coeficientului său scăzut de dilatare termică. Coeficientul de dilatare termică relativ mare al fontei va cauza o deformare a bazei, dificil de detectat cu ochiul liber. Această deformare va afecta direct stabilitatea căii optice a laserului și va determina deplasarea poziției de marcare. În ceea ce privește vibrațiile, caracteristica de amortizare ridicată a granitului poate atenua vibrațiile de 100 Hz în 0,12 secunde, în timp ce fonta necesită 0,9 secunde. În condiții de vibrații de înaltă frecvență, precizia de procesare a echipamentelor cu baze din fontă este mai predispusă la fluctuații.
Iii. Compararea datelor de atenuare a preciziei
Conform testelor efectuate de instituții profesionale, în timpul operațiunii continue de marcare cu laser în picosecunde, timp de 8 ore, atenuarea preciziei de poziționare pe axa XY a echipamentului cu bază din granit este de ±0,5 μm. Atenuarea preciziei echipamentului cu bază din fontă atinge ±3 μm, cu o diferență semnificativă. Într-un mediu simulat cu o schimbare de temperatură de 5 ℃, eroarea de deformare termică a echipamentului cu bază din granit este de numai +0,8 μm, în timp ce cea a echipamentului cu bază din fontă este de până la +12 μm.
În plus, din perspectiva utilizării pe termen lung, rata de evaluare greșită a bazelor din granit este de doar 0,03%, în timp ce rata de evaluare greșită a bazelor din fontă este de până la 0,5%, din cauza problemelor de stabilitate structurală. Aceste date demonstrează pe deplin că, în condițiile cerințelor de înaltă precizie ale procesării la nivel de picosecundă, avantajul de stabilitate al bazei de granit este semnificativ.
Iv. Sugestii de modernizare și aplicații practice
Pentru întreprinderile care urmăresc precizia maximă de procesare, modernizarea bazei din fontă cu baza din granit este o modalitate eficientă de a îmbunătăți performanța echipamentului. În timpul procesului de modernizare, trebuie acordată atenție preciziei de procesare a bazei din granit pentru a se asigura că planeitatea suprafeței îndeplinește cerințele de proiectare. În același timp, în combinație cu dispozitive auxiliare, cum ar fi sistemul de izolare a vibrațiilor cu flotație cu aer, performanța antivibrații a echipamentului poate fi optimizată în continuare.
În prezent, în industrii precum fabricarea de cipuri semiconductoare și prelucrarea componentelor optice de precizie, mașinile de marcare cu laser cu baze din granit au fost adoptate pe scară largă, sporind eficient randamentul produsului și eficiența producției. De exemplu, după ce un anumit producător de componente optice a modernizat echipamentele cu bază din fontă, rata de calificare a preciziei produsului a crescut de la 82% la 97%, iar eficiența producției a fost îmbunătățită semnificativ.
În concluzie, în modernizarea de bază a mașinilor de marcare cu laser de nivel picosecundă, granitul, cu stabilitatea sa termică remarcabilă, performanța ridicată de amortizare și capacitatea de menținere a preciziei pe termen lung, a devenit o alegere ideală superioară fontei. Întreprinderile pot selecta în mod rezonabil materialele de bază pe baza propriilor cerințe de procesare și bugete pentru a realiza o modernizare completă a performanței echipamentelor.
Data publicării: 19 mai 2025