W urządzeniach CNC, mimo że granit stał się ważnym materiałem ze względu na swoje unikalne właściwości, jego wady mogą również wpływać na wydajność urządzeń, efektywność przetwarzania i koszty konserwacji. Poniżej przedstawiono wielowymiarową analizę konkretnych skutków wynikających z wad granitu:
Po pierwsze, materiał jest bardzo kruchy i podatny na pękanie i uszkodzenia
Podstawowa wada: granit jest kamieniem naturalnym, a zatem kruchym materiałem o niskiej odporności na uderzenia (wartość odporności na uderzenia wynosi około 1-3 J/cm², co jest wartością znacznie niższą niż 20-100 J/cm² materiałów metalicznych).
Wpływ na urządzenia CNC:
Zagrożenia związane z instalacją i transportem: Podczas montażu lub obsługi urządzenia, w przypadku zderzenia lub upadku, elementy granitowe (takie jak podstawy i szyny prowadzące) są podatne na pęknięcia lub wyszczerbienia naroży, co może prowadzić do obniżenia dokładności. Na przykład, jeśli granitowa platforma trójwspółrzędnej maszyny pomiarowej rozwinie ukryte pęknięcia w wyniku nieprawidłowej obsługi podczas instalacji, może to prowadzić do stopniowego pogorszenia płaskości w miarę długotrwałego użytkowania, wpływając na wyniki pomiarów.
Ukryte zagrożenia w procesie obróbki: Gdy urządzenia CNC zostaną nagle przeciążone (np. narzędzie zderzy się z obrabianym przedmiotem), granitowe prowadnice lub stoły robocze mogą pęknąć z powodu braku możliwości wytrzymania chwilowej siły uderzenia, co spowoduje konieczność wyłączenia urządzenia w celu przeprowadzenia konserwacji, a nawet wywoła ciąg precyzyjnych usterek.
Po drugie, wysoki poziom trudności przetwarzania ogranicza projektowanie złożonych struktur
Główne wady: Granit ma dużą twardość (6-7 w skali Mohsa) i wymaga szlifowania i obróbki za pomocą specjalnych narzędzi, takich jak diamentowe tarcze szlifierskie. Efektem jest niska wydajność obróbki (wydajność frezowania wynosi zaledwie 1/5 do 1/3 wydajności materiałów metalowych), a koszt obróbki skomplikowanych, zakrzywionych powierzchni jest wysoki.
Wpływ na urządzenia CNC:
Ograniczenia konstrukcyjne: Aby uniknąć trudności w obróbce, elementy granitowe są zazwyczaj projektowane w prostych kształtach geometrycznych (takich jak płyty, prostokątne szyny prowadzące), co utrudnia uzyskanie złożonych wnęk wewnętrznych, lekkich, usztywnionych płyt i innych struktur, które można uzyskać poprzez odlewanie/cięcie metali. Prowadzi to do tego, że masa granitowej podstawy jest często zbyt duża (o 10–20% większa niż w przypadku żeliwa o tej samej objętości), co może zwiększyć całkowite obciążenie urządzenia i wpłynąć na charakterystykę dynamiczną podczas ruchu z dużą prędkością.
Wysokie koszty konserwacji i wymiany: W przypadku miejscowego zużycia lub uszkodzenia elementów granitowych, trudno jest je naprawić metodami takimi jak spawanie czy cięcie. Zazwyczaj konieczna jest wymiana całego elementu, a nowe elementy muszą zostać ponownie oszlifowane i skalibrowane w celu zapewnienia dokładności, co skutkuje dłuższym przestojem (pojedyncza wymiana może trwać 2-3 tygodnie) oraz znacznym wzrostem kosztów konserwacji.
III. Niepewność tekstur naturalnych i defektów wewnętrznych
Podstawowa wada: Granit, jako minerał naturalny, ma niekontrolowane wewnętrzne pęknięcia, pory i zanieczyszczenia mineralne, a jednorodność materiału różnych żył jest bardzo zróżnicowana (wahania gęstości mogą sięgać ±5%, wahania modułu sprężystości ±8%).
Wpływ na urządzenia CNC:
Ryzyko utraty stabilności precyzyjnej: Jeśli w obszarze obróbki elementu pojawią się pęknięcia wewnętrzne, podczas długotrwałego użytkowania pęknięcia mogą się rozszerzyć pod wpływem naprężeń, powodując lokalne odkształcenia i wpływając na dokładność urządzenia. Na przykład, jeśli granitowe prowadnice szlifierki CNC mają ukryte otwory wentylacyjne, mogą one stopniowo zapadać się pod wpływem drgań o wysokiej częstotliwości, co prowadzi do nadmiernego błędu prostoliniowości prowadnic.
Różnice w wydajności partii: Materiały granitowe z różnych partii mogą wykazywać wahania kluczowych wskaźników, takich jak współczynnik rozszerzalności cieplnej i tłumienie drgań, ze względu na różnice w składzie mineralnym, co wpływa na spójność produkcji partii przez urządzenia. W przypadku zautomatyzowanych linii produkcyjnych, wymagających interakcji wielu urządzeń, takie różnice mogą prowadzić do wzrostu rozrzutu dokładności przetwarzania.
Po czwarte, jest ciężki, co wpływa na dynamikę pracy sprzętu
Podstawową wadą jest to, że granit ma dużą gęstość (2,6-3,0 g/cm³), a jego masa jest około 1,2 razy większa od masy żeliwa i 2,5 razy większa od masy stopu aluminium przy tej samej objętości.
Wpływ na urządzenia CNC:
Opóźnienie reakcji ruchu: W przypadku centrów obróbczych o dużej prędkości lub maszyn pięcioosiowych duża masa granitowej podstawy zwiększa bezwładność obciążenia silnika liniowego/śruby pociągowej, co powoduje opóźnienie reakcji dynamicznej podczas przyspieszania/zwalniania (co może wydłużyć czas rozruchu i zatrzymania o 5% do 10%), wpływając na wydajność obróbki.
Zwiększone zużycie energii: Napędzanie ciężkich elementów granitowych wymaga mocniejszych serwosilników, co zwiększa całkowite zużycie energii przez urządzenia (rzeczywiste pomiary pokazują, że w tych samych warunkach pracy zużycie energii przez urządzenia z podstawą granitową jest o 8–12% wyższe niż w przypadku urządzeń żeliwnych). Długotrwałe użytkowanie zwiększy koszty produkcji.
Po piąte, zdolność do przeciwstawiania się szokom termicznym jest ograniczona
Podstawową wadą jest to, że chociaż granit ma niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, jego przewodność cieplna jest słaba (wynosi zaledwie 1,5–3,0 W/(m·K), czyli około 1/10 przewodności cieplnej żeliwa), a nagłe lokalne zmiany temperatury mogą powodować naprężenia cieplne.
Wpływ na urządzenia CNC:
Problem z różnicą temperatur w obszarze obróbki: Jeśli płyn obróbkowy intensywnie eroduje lokalny obszar granitowego stołu roboczego, może to spowodować gradient temperatury (np. różnicę temperatur wynoszącą 5-10°C) między tym obszarem a otaczającym go obszarem, co prowadzi do niewielkich odkształceń termicznych (wielkość odkształcenia może osiągnąć 1-3 μm), co ma wpływ na dokładność i spójność precyzyjnej obróbki (np. szlifowania kół zębatych z dokładnością do mikronów).
Ryzyko długotrwałego zmęczenia cieplnego: W warsztatach, w których występują częste rozruchy i wyłączenia lub duże różnice temperatur między dniem a nocą, na elementach granitowych mogą pojawić się mikropęknięcia z powodu powtarzającego się rozszerzania i kurczenia cieplnego, co stopniowo osłabia sztywność konstrukcji.
Czas publikacji: 24-05-2025