Epoxidová žula, známa aj ako syntetická žula, je zmes epoxidu a žuly, ktorá sa bežne používa ako alternatívny materiál pre základne obrábacích strojov. Epoxidová žula sa používa namiesto liatiny a ocele kvôli lepšiemu tlmeniu vibrácií, dlhšej životnosti nástrojov a nižším montážnym nákladom.
Základňa obrábacích strojov
Obrábacie stroje a iné vysoko presné stroje sa pre svoj statický a dynamický výkon spoliehajú na vysokú tuhosť, dlhodobú stabilitu a vynikajúce tlmiace vlastnosti základného materiálu. Najpoužívanejšími materiálmi pre tieto konštrukcie sú liatina, zvárané oceľové konštrukcie a prírodná žula. Vzhľadom na nedostatočnú dlhodobú stabilitu a veľmi zlé tlmiace vlastnosti sa oceľové konštrukcie používajú len zriedka tam, kde je potrebná vysoká presnosť. Kvalitná liatina, ktorá je uvoľnená od pnutia a žíhaná, dodá konštrukcii rozmerovú stabilitu a možno ju odliať do zložitých tvarov, ale na vytvorenie presných povrchov po odliatí je potrebný drahý proces obrábania.
Kvalitná prírodná žula sa stáva čoraz ťažšie dostupnou, má však vyššiu tlmiacu schopnosť ako liatina. Rovnako ako pri liatine je obrábanie prírodnej žuly prácne a drahé.
Presné žulové odliatky sa vyrábajú zmiešaním žulových agregátov (ktoré sa rozdrvia, premyjú a sušia) s epoxidovým živicovým systémom pri okolitej teplote (t. j. procesom vytvrdzovania za studena). V kompozícii sa môže použiť aj kremenné kamenivo ako plnivo. Vibračné zhutňovanie počas procesu formovania pevne zhutňuje agregát.
Závitové vložky, oceľové plechy a chladiace rúrky je možné odliať počas procesu odlievania. Pre dosiahnutie ešte vyššej všestrannosti je možné replikovať alebo zaliať lineárne koľajnice, brúsené klzné vedenia a držiaky motorov, čím sa eliminuje potreba akéhokoľvek obrábania po odlievaní. Povrchová úprava odliatku je rovnako dobrá ako povrch formy.
Výhody a nevýhody
Medzi výhody patrí:
■ Tlmenie vibrácií.
■ Flexibilita: do polymérovej základne je možné integrovať lineárne dráhy na mieru, nádrže na hydraulickú kvapalinu, závitové vložky, reznú kvapalinu a potrubné rozvody.
■ Zahrnutie vložiek atď. umožňuje výrazne znížiť obrábanie hotového odliatku.
■ Čas montáže sa skracuje zakomponovaním viacerých komponentov do jedného odliatku.
■ Nevyžaduje jednotnú hrúbku steny, čo umožňuje väčšiu flexibilitu dizajnu vášho podstavca.
■ Chemická odolnosť voči väčšine bežných rozpúšťadiel, kyselín, zásad a rezných kvapalín.
■ Nevyžaduje maľovanie.
■ Kompozit má hustotu približne rovnakú ako hliník (ale kusy sú hrubšie, aby sa dosiahla rovnaká pevnosť).
■ Proces odlievania kompozitného polymérbetónu spotrebuje oveľa menej energie ako kovové odliatky. Polymérne liate živice spotrebujú na výrobu veľmi málo energie a proces odlievania sa vykonáva pri izbovej teplote.
Epoxidový žulový materiál má vnútorný tlmiaci faktor až desaťkrát lepší ako liatina, až trikrát lepší ako prírodná žula a až tridsaťkrát lepší ako oceľová konštrukcia. Neovplyvňuje ho chladiace kvapaliny, má vynikajúcu dlhodobú stabilitu, zlepšenú tepelnú stabilitu, vysokú torznú a dynamickú tuhosť, vynikajúcu absorpciu hluku a zanedbateľné vnútorné napätie.
Medzi nevýhody patrí nízka pevnosť v tenkých častiach (menej ako 25 mm), nízka pevnosť v ťahu a nízka odolnosť voči nárazom.
Úvod do rámov na odlievanie minerálov
Minerálne odliatky patria medzi najefektívnejšie a najmodernejšie stavebné materiály. Výrobcovia presných strojov patrili medzi priekopníkov v používaní minerálnych odliatkov. Dnes sa ich používanie v súvislosti s CNC frézkami, vŕtačkami, brúskami a elektroerozívnymi strojmi zvyšuje a výhody sa neobmedzujú len na vysokorýchlostné stroje.
Minerálny odliatok, tiež označovaný ako epoxidový žulový materiál, sa skladá z minerálnych plnív, ako je štrk, kremenný piesok, ľadová múčka a spojivá. Materiál sa mieša podľa presných špecifikácií a za studena sa nalieva do foriem. Pevný základ je základom úspechu!
Najmodernejšie obrábacie stroje musia bežať stále rýchlejšie a poskytovať väčšiu presnosť ako kedykoľvek predtým. Vysoké rýchlosti pojazdu a náročné obrábanie však spôsobujú nežiaduce vibrácie rámu stroja. Tieto vibrácie majú negatívny vplyv na povrch obrobku a skracujú životnosť nástroja. Rámy z minerálnych odliatkov rýchlo znižujú vibrácie – približne 6-krát rýchlejšie ako liatinové rámy a 10-krát rýchlejšie ako oceľové rámy.
Obrábacie stroje s lôžkami na odlievanie minerálov, ako sú frézky a brúsky, sú výrazne presnejšie a dosahujú lepšiu kvalitu povrchu. Okrem toho sa výrazne znižuje opotrebenie nástrojov a predlžuje sa ich životnosť.
Kompozitný minerálny (epoxidový žulový) odlievací rám prináša niekoľko výhod:
- Tvarovanie a pevnosť: Proces odlievania minerálov poskytuje výnimočný stupeň voľnosti, pokiaľ ide o tvarovanie komponentov. Špecifické vlastnosti materiálu a procesu vedú k relatívne vysokej pevnosti a výrazne nižšej hmotnosti.
- Integrácia infraštruktúry: Proces odlievania minerálov umožňuje jednoduchú integráciu konštrukcie a ďalších komponentov, ako sú vodiace lišty, závitové vložky a pripojenia pre inžinierske siete, počas samotného procesu odlievania.
- Výroba zložitých strojných konštrukcií: Čo by bolo pri konvenčných procesoch nepredstaviteľné, sa s minerálnym odlievaním stáva možným: Niekoľko komponentov je možné zostaviť do zložitých štruktúr pomocou lepených spojov.
- Ekonomická rozmerová presnosť: V mnohých prípadoch sa minerálne odliatky odlievajú na konečné rozmery, pretože počas vytvrdzovania prakticky nedochádza k žiadnej kontrakcii. Vďaka tomu sa dajú eliminovať ďalšie nákladné procesy konečnej úpravy.
- Presnosť: Ďalším brúsením, tvárnením alebo frézovaním sa dosahujú vysoko presné referenčné alebo nosné plochy. Vďaka tomu je možné elegantne a efektívne realizovať mnoho konceptov strojov.
- Dobrá tepelná stabilita: Minerálne odliatky reagujú na zmeny teploty veľmi pomaly, pretože ich tepelná vodivosť je výrazne nižšia ako u kovových materiálov. Z tohto dôvodu majú krátkodobé zmeny teploty výrazne menší vplyv na rozmerovú presnosť obrábacieho stroja. Lepšia tepelná stabilita lôžka stroja znamená, že celková geometria stroja sa lepšie udržiava a v dôsledku toho sa minimalizujú geometrické chyby.
- Žiadna korózia: Komponenty z minerálnej liatiny sú odolné voči olejom, chladiacim kvapalinám a iným agresívnym kvapalinám.
- Väčšie tlmenie vibrácií pre dlhšiu životnosť nástrojov: náš minerálny odliatok dosahuje až 10-krát lepšie hodnoty tlmenia vibrácií ako oceľ alebo liatina. Vďaka týmto vlastnostiam sa dosahuje extrémne vysoká dynamická stabilita konštrukcie stroja. Výhody, ktoré to prináša konštruktérom a používateľom obrábacích strojov, sú zrejmé: lepšia kvalita povrchovej úpravy obrábaných alebo brúsených komponentov a dlhšia životnosť nástroja, čo vedie k nižším nákladom na nástroje.
- Životné prostredie: Vplyv na životné prostredie počas výroby je znížený.
Rám z minerálnej liatiny vs. rám z liatiny
Pozrite si nižšie výhody nášho nového minerálneho odliatku oproti predtým používanému liatinovému rámu:
| Minerálne odliatky (epoxidová žula) | Liatina | |
| Tlmenie | Vysoká | Nízka |
| Tepelný výkon | Nízka tepelná vodivosť a vysokošpeciálne teplo kapacita | Vysoká tepelná vodivosť a nízka špecifikácia tepelnej kapacity |
| Vložené diely | Neobmedzený dizajn a Jednodielna forma a bezproblémové pripojenie | Je potrebné obrábanie |
| Odolnosť proti korózii | Extra vysoká | Nízka |
| Environmentálne Priateľskosť | Nízka spotreba energie | Vysoká spotreba energie |
Záver
Minerálne odliatky sú ideálne pre rámové konštrukcie našich CNC strojov. Ponúkajú jasné technologické, ekonomické a environmentálne výhody. Technológia minerálnych odliatkov poskytuje vynikajúce tlmenie vibrácií, vysokú chemickú odolnosť a významné tepelné výhody (tepelná rozťažnosť podobná oceli). Spojovacie prvky, káble, senzory a meracie systémy je možné odliať do zostavy.
Aké sú výhody obrábacieho centra s lôžkom z žuly na odlievanie minerálov?
Minerálne odliatky (umelá žula, známa aj ako živicový betón) sú v priemysle obrábacích strojov široko akceptované ako konštrukčný materiál už viac ako 30 rokov.
Podľa štatistík v Európe každý desiaty obrábací stroj používa minerálne odliatky ako lôžko. Použitie nevhodných skúseností, neúplných alebo nesprávnych informácií však môže viesť k podozrievaniu a predsudkom voči minerálnym odliatkom. Preto je pri výrobe nových zariadení potrebné analyzovať výhody a nevýhody minerálnych odliatkov a porovnať ich s inými materiálmi.
Základ stavebných strojov sa vo všeobecnosti delí na liatinu, minerálne odliatky (polymérny a/alebo reaktívny živicový betón), oceľ/zvárané konštrukcie (s injektážou/bez injektážnej zmesi) a prírodný kameň (napríklad žula). Každý materiál má svoje vlastné vlastnosti a neexistuje dokonalý konštrukčný materiál. Ideálny konštrukčný materiál je možné vybrať len preskúmaním výhod a nevýhod materiálu podľa špecifických konštrukčných požiadaviek.
Dve dôležité funkcie konštrukčných materiálov – zaručenie geometrie, polohy a absorpcie energie komponentov – kladú požiadavky na výkon (statický, dynamický a tepelný výkon), funkčné/štrukturálne požiadavky (presnosť, hmotnosť, hrúbka steny, jednoduchosť vodiacich koľajníc) na inštaláciu materiálov, systém cirkulácie médií, logistiku a požiadavky na náklady (cena, množstvo, dostupnosť, charakteristiky systému).
I. Požiadavky na výkonnosť konštrukčných materiálov
1. Statické charakteristiky
Kritériom na meranie statických vlastností podkladu je zvyčajne tuhosť materiálu – minimálna deformácia pri zaťažení, a nie vysoká pevnosť. Z hľadiska statickej elastickej deformácie možno minerálne odliatky považovať za izotropné homogénne materiály, ktoré sa riadia Hookeovým zákonom.
Hustota a modul pružnosti minerálnych odliatkov predstavujú 1/3 hustoty a modulu pružnosti liatiny. Keďže minerálne odliatky a liatiny majú pri rovnakej hmotnosti rovnakú špecifickú tuhosť, tuhosť liatinových a minerálnych odliatkov je rovnaká bez ohľadu na vplyv tvaru. V mnohých prípadoch je konštrukčná hrúbka steny minerálnych odliatkov zvyčajne trikrát väčšia ako u liatinových odliatkov a táto konštrukcia nespôsobí žiadne problémy z hľadiska mechanických vlastností výrobku alebo odliatku. Minerálne odliatky sú vhodné na prácu v statických prostrediach, ktoré prenášajú tlak (napr. lôžka, podpery, stĺpy) a nie sú vhodné ako tenkostenné a/alebo malé rámy (napr. stoly, palety, meniče nástrojov, vozíky, podpery vretien). Hmotnosť konštrukčných častí je zvyčajne obmedzená vybavením výrobcov minerálnych odliatkov a výrobky z minerálnych odliatkov nad 15 ton sú vo všeobecnosti zriedkavé.
2. Dynamické charakteristiky
Čím vyššia je rýchlosť otáčania a/alebo zrýchlenie hriadeľa, tým dôležitejší je dynamický výkon stroja. Rýchle polohovanie, rýchla výmena nástrojov a vysokorýchlostný posuv neustále posilňujú mechanickú rezonanciu a dynamické budenie konštrukčných častí stroja. Okrem rozmerového návrhu súčiastky sú priehyb, rozloženie hmotnosti a dynamická tuhosť súčiastky výrazne ovplyvnené tlmiacimi vlastnosťami materiálu.
Použitie minerálnych odliatkov ponúka dobré riešenie týchto problémov. Pretože absorbujú vibrácie 10-krát lepšie ako tradičná liatina, môžu výrazne znížiť amplitúdu a vlastnú frekvenciu.
Pri obrábacích operáciách, ako je napríklad obrábanie, môže priniesť vyššiu presnosť, lepšiu kvalitu povrchu a dlhšiu životnosť nástroja. Zároveň, čo sa týka vplyvu hluku, minerálne odliatky si viedli dobre aj vďaka porovnaniu a overeniu základov, prevodových odliatkov a príslušenstva z rôznych materiálov pre veľké motory a odstredivky. Podľa analýzy hluku spôsobeného nárazom môžu minerálne odliatky dosiahnuť lokálne zníženie hladiny akustického tlaku o 20 %.
3. Tepelné vlastnosti
Odborníci odhadujú, že približne 80 % odchýlok obrábacích strojov je spôsobených tepelnými účinkami. Prerušenia procesu, ako sú vnútorné alebo vonkajšie zdroje tepla, predhrievanie, výmena obrobkov atď., sú príčinami tepelnej deformácie. Aby bolo možné vybrať najlepší materiál, je potrebné objasniť požiadavky na materiál. Vysoká špecifická tepelná účinnosť a nízka tepelná vodivosť umožňujú minerálnym odliatkom dobrú tepelnú zotrvačnosť voči prechodným teplotným vplyvom (ako je výmena obrobkov) a kolísaniu teploty okolia. Ak je potrebný rýchly predhrievací systém, ako napríklad kovové lôžko, alebo je teplota lôžka zakázaná, je možné do minerálneho odliatku priamo odliať vykurovacie alebo chladiace zariadenia na reguláciu teploty. Použitie tohto typu zariadenia na kompenzáciu teploty môže znížiť deformáciu spôsobenú vplyvom teploty, čo pomáha zlepšiť presnosť za rozumnú cenu.
II. Funkčné a štrukturálne požiadavky
Integrita je rozlišovací znak, ktorý odlišuje minerálne odliatky od iných materiálov. Maximálna teplota odlievania minerálnych odliatkov je 45 °C a spolu s vysoko presnými formami a nástrojmi je možné odlievať diely a minerálne odliatky spoločne.
Pokročilé techniky opätovného odlievania je možné použiť aj na minerálne odliatky, čo vedie k presnému uchyteniu a povrchom koľajníc, ktoré nevyžadujú obrábanie. Rovnako ako iné základné materiály, aj minerálne odliatky podliehajú špecifickým pravidlám konštrukčného návrhu. Hrúbka steny, nosné príslušenstvo, rebrové vložky, metódy nakladania a vykladania sa do určitej miery líšia od iných materiálov a je potrebné ich vopred zvážiť počas návrhu.
III. Požiadavky na náklady
Hoci je dôležité zvážiť to z technického hľadiska, nákladová efektívnosť sa čoraz viac prejavuje na význame. Používanie minerálnych odliatkov umožňuje inžinierom ušetriť značné výrobné a prevádzkové náklady. Okrem úspory nákladov na obrábanie sa zodpovedajúcim spôsobom znižujú aj náklady na odlievanie, konečnú montáž a rastúce logistické náklady (skladovanie a doprava). Vzhľadom na vysokú funkčnosť minerálnych odliatkov by sa na ne malo pozerať ako na celý projekt. V skutočnosti je rozumnejšie porovnať ceny pri inštalácii alebo predinštalácii základne. Relatívne vysoké počiatočné náklady predstavujú náklady na formy na odlievanie minerálov a nástroje, ale tieto náklady sa pri dlhodobom používaní (500 – 1 000 kusov/oceľová forma) dajú znížiť a ročná spotreba je približne 10 – 15 kusov.
IV. Rozsah použitia
Ako konštrukčný materiál minerálne odliatky neustále nahrádzajú tradičné konštrukčné materiály a kľúčom k ich rýchlemu rozvoju sú minerálne odliatky, formy a stabilné spojovacie štruktúry. V súčasnosti sa minerálne odliatky široko používajú v mnohých oblastiach obrábacích strojov, ako sú brúsky a vysokorýchlostné obrábanie. Výrobcovia brúsok boli priekopníkmi v sektore obrábacích strojov, ktorí používali minerálne odliatky pre lôžka strojov. Napríklad svetoznáme spoločnosti ako ABA z&b, Bahmler, Jung, Mikrosa, Schaudt, Stude atď. vždy profitovali z tlmenia, tepelnej zotrvačnosti a integrity minerálnych odliatkov na dosiahnutie vysokej presnosti a vynikajúcej kvality povrchu v procese brúsenia.
Vzhľadom na neustále rastúce dynamické zaťaženie sú minerálne odliatky čoraz viac uprednostňované aj poprednými svetovými spoločnosťami v oblasti brúsok nástrojov. Lôžko z minerálnej odliatky má vynikajúcu tuhosť a dokáže dobre eliminovať silu spôsobenú zrýchľovaním lineárneho motora. Zároveň organická kombinácia dobrého výkonu pri absorpcii vibrácií a lineárneho motora môže výrazne zlepšiť kvalitu povrchu obrobku a životnosť brúsneho kotúča.
Čo sa týka jednej časti, do dĺžky 10 000 mm je to pre nás jednoduché.
Aká je minimálna hrúbka steny?
Vo všeobecnosti by minimálna hrúbka profilu základne stroja mala byť aspoň 60 mm. Tenšie profily (napr. s hrúbkou 10 mm) je možné odlievať s jemným kamenivom a jeho zložením.
Miera zmršťovania po odliatí je približne 0,1 – 0,3 mm na 1000 mm. Ak sú potrebné presnejšie mechanické diely z minerálnych odliatkov, tolerancie je možné dosiahnuť sekundárnym brúsením na CNC, ručným lapovaním alebo inými obrábacími procesmi.
Náš minerálny odlievací materiál je prírodná čierna žula Jinan. Väčšina spoločností si pri stavbe budov vyberá bežnú prírodnú žulu alebo bežný kameň.
· Suroviny: s unikátnymi časticami Jinan Black Granite (nazývanou aj žula „JinanQing“) ako kamenivom, ktoré sú svetoznáme svojou vysokou pevnosťou, vysokou tuhosťou a vysokou odolnosťou proti opotrebovaniu;
· Receptúra: s unikátnymi vystuženými epoxidovými živicami a prísadami, rôznymi zložkami s použitím rôznych receptúr na zabezpečenie optimálneho komplexného výkonu;
· Mechanické vlastnosti: absorpcia vibrácií je približne 10-krát vyššia ako u liatiny, dobré statické a dynamické vlastnosti;
· Fyzikálne vlastnosti: hustota je približne 1/3 hustoty liatiny, má vyššie tepelnoizolačné vlastnosti ako kovy, nie je hygroskopická, má dobrú tepelnú stabilitu;
· Chemické vlastnosti: vyššia odolnosť proti korózii ako kovy, šetrné k životnému prostrediu;
· Rozmerová presnosť: lineárne sťahovanie po odliatí je približne 0,1 – 0,3 m²/m, extrémne vysoká presnosť tvaru a protiľahlosti vo všetkých rovinách;
· Štrukturálna integrita: možno odliať veľmi zložitú štruktúru, zatiaľ čo použitie prírodnej žuly si zvyčajne vyžaduje montáž, spájanie a lepenie;
· Pomalá tepelná reakcia: reaguje na krátkodobé zmeny teploty oveľa pomalšie a menej;
· Vložené vložky: spojovacie prvky, rúry, káble a komory je možné zabudovať do konštrukcie, vložky sú vyrobené z materiálov vrátane kovu, kameňa, keramiky a plastu atď.