Aké sú výhody obrábacieho centra s mramorovým lôžkom 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 injektážnou/neinjektážnou zmesou) 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.
Čas uverejnenia: 18. januára 2022