В оборудването за цифрово управление с ЦПУ, въпреки че гранитът се е превърнал във важен материал поради уникалните си свойства, присъщите му недостатъци могат също да окажат известно въздействие върху производителността на оборудването, ефективността на обработката и разходите за поддръжка. Следва анализ на специфичните въздействия, породени от недостатъците на гранита от множество измерения:
Първо, материалът е много крехък и податлив на счупване и повреди
Основен недостатък: Гранитът е естествен камък и по същество е крехък материал с ниска ударна жилавост (стойността на ударната жилавост е приблизително 1-3 J/cm², което е много по-ниско от 20-100 J/cm² на металните материали).
Въздействие върху CNC оборудването:
Рискове при монтаж и транспорт: По време на монтажа или боравенето с оборудването, ако то е подложено на удар или падане, гранитните компоненти (като основи и водещи релси) са склонни към пукнатини или отчупване на ъгли, което води до неточност. Например, ако гранитната платформа на трикоординатна измервателна машина развие скрити пукнатини поради неправилна работа по време на монтажа, това може да доведе до постепенно влошаване на плоскостта при продължителна употреба, което да повлияе на резултатите от измерването.
Скрити опасности в процеса на обработка: Когато CNC оборудването се сблъска с внезапно претоварване (например, инструментът се сблъсква с детайла), гранитните направляващи релси или работните маси могат да се счупят поради невъзможността да издържат на моменталната сила на удара, което да доведе до спиране на оборудването за поддръжка и дори до задействане на верига от прецизни повреди.
Второ, високата сложност на обработката ограничава проектирането на сложни структури
Основни недостатъци: Гранитът има висока твърдост (6-7 по скалата на Моос) и трябва да се шлайфа и обработва със специални инструменти, като например диамантени шлифовъчни дискове, което води до ниска ефективност на обработка (ефективността на смилане е само 1/5 до 1/3 от тази на металните материали), а цената на обработката на сложни извити повърхности е висока.
Въздействие върху CNC оборудването:
Ограничения на структурния дизайн: За да се избегнат трудности при обработката, гранитните компоненти обикновено се проектират в прости геометрични форми (като плочи, правоъгълни направляващи релси), което затруднява постигането на сложни вътрешни кухини, леки подсилени плочи и други конструкции, които могат да бъдат изпълнени чрез леене/рязане с метални материали. Това води до факта, че теглото на гранитната основа често е твърде голямо (10%-20% по-тежко от чугунената за същия обем), което може да увеличи общото натоварване на оборудването и да повлияе на динамичните характеристики при движение с висока скорост.
Високи разходи за поддръжка и подмяна: Когато възникне локално износване или повреда на гранитните компоненти, е трудно да се поправят чрез методи като заваряване или рязане. Обикновено целият компонент трябва да се смени, а новите компоненти трябва да се шлифоват и калибрират за точност, което води до продължителен престой (една подмяна може да отнеме 2-3 седмици) и значително увеличение на разходите за поддръжка.
Iii. Неопределеност на естествените текстури и вътрешни дефекти
Основен недостатък: Като естествен минерал, гранитът има неконтролируеми вътрешни пукнатини, пори или минерални примеси, а еднородността на материала на различните жилки варира значително (колебанията на плътността могат да достигнат ±5%, колебанията на модула на еластичност ±8%).
Въздействие върху CNC оборудването:
Риск за стабилността на прецизността: Ако обработваната зона на компонента съдържа вътрешни пукнатини, при продължителна употреба, пукнатините могат да се разширят поради напрежение, причинявайки локална деформация и влияейки върху точността на оборудването. Например, ако гранитните направляващи релси на CNC шлифовъчна машина имат скрити отвори за въздух, те могат постепенно да се срутят под въздействието на високочестотни вибрации, което води до прекомерна грешка в праволинейността на направляващите релси.
Разлики в производителността на партидите: Гранитните материали от различни партиди могат да претърпят колебания в ключови показатели, като коефициент на термично разширение и демпфиране, поради разлики в минералния състав, което влияе върху постоянството на партидното производство от оборудването. За автоматизирани производствени линии, които изискват взаимодействието на множество устройства, такива разлики могат да доведат до увеличаване на дисперсията на точността на обработка.
Четвърто, тежко е, което влияе върху динамичните характеристики на оборудването
Основен недостатък: Гранитът има висока плътност (2,6-3,0 g/cm³), а теглото му е приблизително 1,2 пъти по-голямо от това на чугуна и 2,5 пъти по-голямо от това на алуминиевата сплав при същия обем.
Въздействие върху CNC оборудването:
Забавяне на реакцията при движение: При високоскоростни обработващи центрове или петосни машини, голямата маса на гранитната основа ще увеличи инерцията на натоварване на линейния двигател/водещия винт, което ще доведе до забавяне на динамичната реакция по време на ускорение/забавяне (което може да увеличи времето за стартиране и спиране с 5% до 10%), което ще повлияе на ефективността на обработката.
Повишена консумация на енергия: Задвижването на тежки гранитни компоненти изисква по-мощни серво мотори, което повишава общата консумация на енергия на оборудването (реалните измервания показват, че при същите работни условия консумацията на енергия на оборудване с гранитна основа е с 8%-12% по-висока от тази на оборудването с чугун). Дългосрочната употреба ще увеличи производствените разходи.
Пето, способността за устойчивост на термичен шок е ограничена
Основен недостатък: Въпреки че гранитът има нисък коефициент на термично разширение, неговата топлопроводимост е лоша (с топлопроводимост само 1,5-3,0 W/(m · K, приблизително 1/10 от тази на чугуна) и резките локални температурни промени са склонни да генерират термично напрежение.
Въздействие върху CNC оборудването:
Проблем с температурната разлика в зоната на обработка: Ако режещата течност ерозира концентрирано локална област от гранитната работна маса, това може да причини температурен градиент (например температурна разлика от 5-10℃) между тази област и околната област, което води до незначителна термична деформация (количеството на деформацията може да достигне 1-3μm), което влияе върху точността и постоянството на прецизната обработка (като например шлифоване на зъбни колела на микронно ниво).
Риск от дългосрочна термична умора: В работилнически среди с чести пускания и спирания или големи температурни разлики между деня и нощта, гранитните компоненти могат да развият микропукнатини поради многократно термично разширение и свиване, което постепенно отслабва структурната твърдост.
Време на публикуване: 24 май 2025 г.