În echipamentele de control numeric CNC, deși granitul a devenit un material important datorită proprietăților sale unice, dezavantajele sale inerente pot avea, de asemenea, anumite impacturi asupra performanței echipamentelor, eficienței procesării și costurilor de întreținere. În continuare, este prezentată o analiză a impacturilor specifice aduse de deficiențele granitului din mai multe dimensiuni:
În primul rând, materialul este foarte fragil și predispus la rupere și deteriorare.
Dezavantaj principal: Granitul este o piatră naturală și este în esență un material fragil cu o rezistență slabă la impact (valoarea rezistenței la impact este de aproximativ 1-3 J/cm², mult mai mică decât cea de 20-100 J/cm² a materialelor metalice).
Impact asupra echipamentelor CNC:
Riscuri legate de instalare și transport: În timpul asamblării sau manipulării echipamentului, dacă acesta este supus la coliziuni sau căderi, componentele din granit (cum ar fi bazele și șinele de ghidare) sunt predispuse la fisuri sau ciobiri ale colțurilor, ceea ce duce la erori de precizie. De exemplu, dacă platforma de granit a unei mașini de măsurat cu trei coordonate dezvoltă fisuri ascunse din cauza funcționării necorespunzătoare în timpul instalării, acest lucru poate duce la o deteriorare treptată a planeității pe termen lung, afectând rezultatele măsurătorilor.
Pericole ascunse în procesul de prelucrare: Când echipamentele CNC se confruntă cu o supraîncărcare bruscă (cum ar fi coliziunea sculei cu piesa de prelucrat), șinele de ghidare din granit sau mesele de lucru se pot rupe din cauza incapacității de a rezista la forța de impact instantanee, provocând oprirea echipamentului pentru întreținere și chiar declanșând un lanț de defecțiuni de precizie.
În al doilea rând, dificultatea ridicată a procesării restricționează proiectarea structurilor complexe.
Dezavantajele principale: Granitul are o duritate ridicată (6-7 pe scara Mohs) și trebuie șlefuit și prelucrat cu unelte speciale, cum ar fi pietrele abrazive diamantate, ceea ce duce la o eficiență de prelucrare scăzută (eficiența frezării este doar de 1/5 până la 1/3 din cea a materialelor metalice), iar costul prelucrării suprafețelor curbate complexe este ridicat.
Impact asupra echipamentelor CNC:
Limitări structurale de proiectare: Pentru a evita dificultățile de prelucrare, componentele din granit sunt de obicei proiectate în forme geometrice simple (cum ar fi plăci, șine de ghidare dreptunghiulare), ceea ce face dificilă realizarea unor cavități interioare complexe, a plăcilor rigidizate ușoare și a altor structuri care pot fi realizate prin turnare/tăiere cu materiale metalice. Acest lucru duce la faptul că greutatea bazei de granit este adesea prea mare (cu 10%-20% mai grea decât cea a fontei pentru același volum), ceea ce poate crește sarcina totală a echipamentului și poate afecta performanța răspunsului dinamic în timpul mișcării la viteză mare.
Costuri ridicate de întreținere și înlocuire: Atunci când componentele din granit se uzează sau se deteriorează local, este dificil să se repare prin metode precum sudarea sau tăierea. De obicei, întreaga componentă trebuie înlocuită, iar noile componente trebuie rectificate și calibrate pentru precizie, ceea ce duce la o perioadă de nefuncționare prelungită (o singură înlocuire poate dura 2-3 săptămâni) și la o creștere semnificativă a costurilor de întreținere.
Iii. Incertitudinea texturilor naturale și a defectelor interne
Dezavantajul miezului: Fiind un mineral natural, granitul are fisuri interne incontrolabile, pori sau impurități minerale, iar uniformitatea materialului diferitelor vene variază foarte mult (fluctuația densității poate ajunge la ±5%, fluctuația modulului de elasticitate ±8%).
Impact asupra echipamentelor CNC:
Risc de stabilitate a preciziei: Dacă zona de prelucrare a componentei conține fisuri interne, în timpul utilizării pe termen lung, fisurile se pot extinde din cauza solicitării, provocând deformări locale și afectând precizia echipamentului. De exemplu, dacă șinele de ghidare din granit ale unei mașini de rectificat CNC au orificii de aer ascunse, acestea se pot prăbuși treptat sub vibrații de înaltă frecvență, rezultând o eroare excesivă de rectilinie a șinelor de ghidare.
Diferențe de performanță între loturi: Materialele de granit din loturi diferite pot prezenta fluctuații ale indicatorilor cheie, cum ar fi coeficientul de dilatare termică și performanța de amortizare, din cauza diferențelor de compoziție minerală, ceea ce afectează consecvența producției pe loturi de către echipamente. Pentru liniile de producție automatizate care necesită interacțiunea mai multor dispozitive, astfel de diferențe pot duce la o creștere a dispersiei preciziei de procesare.
În al patrulea rând, este greu, ceea ce afectează performanța dinamică a echipamentului.
Dezavantajul miezului: Granitul are o densitate mare (2,6-3,0 g/cm³), iar greutatea sa este de aproximativ 1,2 ori mai mare decât cea a fontei și de 2,5 ori mai mare decât cea a aliajului de aluminiu, pentru același volum.
Impact asupra echipamentelor CNC:
Întârzierea răspunsului la mișcare: În centrele de prelucrare de mare viteză sau în mașinile cu cinci axe, masa mare a bazei de granit va crește inerția sarcinii motorului liniar/șurubului de acționare, rezultând o întârziere a răspunsului dinamic în timpul accelerării/decelerării (ceea ce poate crește timpul de pornire-oprire cu 5% până la 10%), afectând eficiența procesării.
Consum crescut de energie: Acționarea componentelor grele din granit necesită servomotoare mai puternice, ceea ce crește consumul total de energie al echipamentului (măsurătorile reale arată că, în aceleași condiții de lucru, consumul de energie al echipamentelor pe bază de granit este cu 8%-12% mai mare decât cel al echipamentelor din fontă). Utilizarea pe termen lung va crește costurile de producție.
Cinci, capacitatea de a rezista la șocurile termice este limitată
Dezavantajul miezului: Deși granitul are un coeficient de dilatare termică scăzut, conductivitatea sa termică este slabă (cu o conductivitate termică de doar 1,5-3,0 W/(m · K), aproximativ 1/10 din cea a fontei), iar schimbările bruște de temperatură locale sunt predispuse la generarea de stres termic.
Impact asupra echipamentelor CNC:
Problemă cu diferența de temperatură în zona de prelucrare: Dacă fluidul de tăiere erodează concentrat o zonă locală a mesei de lucru din granit, poate provoca un gradient de temperatură (cum ar fi o diferență de temperatură de 5-10 ℃) între această zonă și zona înconjurătoare, ducând la o deformare termică minoră (cantitatea de deformare poate ajunge la 1-3 μm), ceea ce afectează acuratețea prelucrării de precizie (cum ar fi rectificarea angrenajelor la nivel de microni).
Risc de oboseală termică pe termen lung: În mediile de atelier cu porniri și opriri frecvente sau diferențe mari de temperatură între zi și noapte, componentele din granit pot dezvolta microfisuri din cauza expansiunii și contracției termice repetate, slăbind treptat rigiditatea structurală.
Data publicării: 24 mai 2025