מהם היתרונות של מרכז עיבוד שבבי ליציקת מינרלים לשיש?

מהם היתרונות של מרכז עיבוד שבבי ליציקת מינרלים לשיש?
יציקות מינרליות (גרניט מלאכותי, המכונה בטון שרף) מקובלות באופן נרחב בתעשיית כלי העבודה כבר למעלה מ-30 שנה כחומר מבני.

על פי סטטיסטיקה, באירופה, אחת מכל 10 מכונות כלים משתמשת ביציקות מינרליות כבסיס. עם זאת, שימוש בניסיון לא נכון, מידע לא שלם או שגוי עלול להוביל לחשדנות ולדעות קדומות כלפי יציקות מינרליות. לכן, בעת ייצור ציוד חדש, יש צורך לנתח את היתרונות והחסרונות של יציקות מינרליות ולהשוות אותן לחומרים אחרים.

בסיס מכונות הבנייה מחולק בדרך כלל ליציקת ברזל, יציקה מינרלית (פולימר ו/או בטון שרף ריאקטיבי), פלדה/מבנה מרותך (דיוס/ללא דיוס) ואבן טבעית (כגון גרניט). לכל חומר מאפיינים משלו, ואין חומר מבני מושלם. רק על ידי בחינת היתרונות והחסרונות של החומר בהתאם לדרישות המבניות הספציפיות, ניתן לבחור את חומר המבני האידיאלי.

שני התפקידים החשובים של חומרי מבנה - הבטחת הגיאומטריה, המיקום וספיגת האנרגיה של הרכיבים, בהתאמה - מציבים דרישות ביצועים (ביצועים סטטיים, דינמיים ותרמיים), דרישות פונקציונליות/מבניות (דיוק, משקל, עובי דופן, קלות הנעת מסילות) להתקנת חומרים, מערכת זרימת מדיה, לוגיסטיקה) ודרישות עלות (מחיר, כמות, זמינות, מאפייני מערכת).
א. דרישות ביצועים לחומרי מבנה

1. מאפיינים סטטיים

הקריטריון למדידת התכונות הסטטיות של בסיס הוא בדרך כלל קשיחות החומר - דפורמציה מינימלית תחת עומס, ולא חוזק גבוה. עבור דפורמציה אלסטית סטטית, ניתן לחשוב על יציקות מינרליות כחומרים הומוגניים איזוטרופיים המצייתים לחוק הוק.

הצפיפות ומודול האלסטיות של יציקות מינרליות הם בהתאמה 1/3 מאלה של ברזל יצוק. מכיוון שליציקות מינרליות ולברזל יצוק יש את אותה קשיחות ספציפית, תחת אותו משקל, קשיחותן של יציקות ברזל ויציקות מינרליות זהה ללא התחשבות בהשפעת הצורה. במקרים רבים, עובי הדופן המתוכנן של יציקות מינרליות הוא בדרך כלל פי 3 מזה של יציקות ברזל, ותכנון זה לא יגרום לבעיות מבחינת התכונות המכניות של המוצר או היציקה. יציקות מינרליות מתאימות לעבודה בסביבות סטטיות הנושאות לחץ (למשל, מיטות, תומכים, עמודים) ואינן מתאימות כמסגרות דקות ו/או קטנות (למשל, שולחנות, משטחים, מחליפי כלים, גררות, תומכי ציר). משקל החלקים המבניים מוגבל בדרך כלל על ידי הציוד של יצרני יציקות מינרליות, ומוצרי יציקה מינרלית מעל 15 טון הם בדרך כלל נדירים.

2. מאפיינים דינמיים

ככל שמהירות הסיבוב ו/או התאוצה של הציר גבוהות יותר, כך חשובים יותר הביצועים הדינמיים של המכונה. מיקום מהיר, החלפת כלים מהירה והזנה במהירות גבוהה מחזקים באופן רציף את התהודה המכנית ואת העירור הדינמי של חלקי המבנה של המכונה. בנוסף לתכנון הממדי של הרכיב, הסטייה, פיזור המסה והקשיחות הדינמית של הרכיב מושפעים במידה רבה מתכונות הריסון של החומר.

השימוש ביציקות מינרליות מציע פתרון טוב לבעיות אלו. מכיוון שהן סופגות ויברציות פי 10 טוב יותר מברזל יצוק מסורתי, הן יכולות להפחית משמעותית את המשרעת והתדירות הטבעית.

בפעולות עיבוד שבבי כגון עיבוד שבבי, זה יכול להביא דיוק גבוה יותר, איכות פני שטח טובה יותר וחיי כלים ארוכים יותר. יחד עם זאת, מבחינת השפעת רעש, יציקות המינרלים הציגו ביצועים טובים גם באמצעות השוואה ואימות של בסיסים, יציקות תיבת הילוכים ואביזרים מחומרים שונים עבור מנועים גדולים וצנטריפוגות. על פי ניתוח רעש הפגיעה, יציקת המינרלים יכולה להשיג הפחתה מקומית של 20% ברמת לחץ הקול.

3. תכונות תרמיות

מומחים מעריכים שכ-80% מהסטיות בכלי עבודה נגרמות מהשפעות תרמיות. הפרעות בתהליך כגון מקורות חום פנימיים או חיצוניים, חימום מוקדם, החלפת חלקי עבודה וכו' הן כולן סיבות לעיוות תרמי. על מנת לבחור את החומר הטוב ביותר, יש צורך להבהיר את דרישות החומר. החום הסגולי הגבוה והמוליכות התרמית הנמוכה מאפשרים ליציקות מינרליות להיות בעלות אינרציה תרמית טובה להשפעות טמפרטורה חולפות (כגון החלפת חלקי עבודה) ולתנודות בטמפרטורת הסביבה. אם נדרש חימום מוקדם מהיר כמו מצע מתכת או שטמפרטורת המצע אסורה, ניתן ליצוק ישירות התקני חימום או קירור לתוך יציקת המינרלים כדי לשלוט בטמפרטורה. שימוש בסוג זה של התקן פיצוי טמפרטורה יכול להפחית את העיוות הנגרם מהשפעת הטמפרטורה, מה שעוזר לשפר את הדיוק בעלות סבירה.

II. דרישות פונקציונליות ומבניות

שלמות היא מאפיין ייחודי המבדיל יציקות מינרליות מחומרים אחרים. טמפרטורת היציקה המקסימלית עבור יציקות מינרליות היא 45 מעלות צלזיוס, ויחד עם תבניות וכלים מדויקים, ניתן ליצוק חלקים ויציקות מינרליות יחד.

ניתן להשתמש בטכניקות מתקדמות של יציקה מחדש גם על גבי יציקות מינרליות, וכתוצאה מכך משטחי הרכבה ומסילות מדויקים שאינם דורשים עיבוד שבבי. כמו חומרי בסיס אחרים, יציקות מינרליות כפופות לכללי תכנון מבניים ספציפיים. עובי דופן, אביזרים נושאי עומס, תוספות צלעות, שיטות טעינה ופריקה - כולם שונים במידה מסוימת מחומרים אחרים, ויש לקחת אותם בחשבון מראש במהלך התכנון.

ג. דרישות עלות

בעוד שחשוב לשקול זאת מנקודת מבט טכנית, יעילות העלות מראה את חשיבותה הולכת וגוברת. שימוש ביציקות מינרליות מאפשר למהנדסים לחסוך בעלויות ייצור ותפעול משמעותיות. בנוסף לחיסכון בעלויות עיבוד שבבי, גם עלויות היציקה, ההרכבה הסופית ועלויות הלוגיסטיקה הגדלות (אחסון והובלה) מצטמצמות בהתאם. בהתחשב בתפקוד הגבוה של יציקות מינרליות, יש לראותן כפרויקט שלם. למעשה, סביר יותר לבצע השוואת מחירים כאשר הבסיס מותקן או מותקן מראש. העלות הראשונית הגבוהה יחסית היא עלות תבניות יציקה מינרליות וכלים, אך עלות זו יכולה להתדלדל בשימוש ארוך טווח (500-1000 יחידות/תבנית פלדה), והצריכה השנתית היא כ-10-15 יחידות.

IV. היקף השימוש

כחומר מבני, יציקות מינרליות מחליפות ללא הרף חומרי מבנה מסורתיים, והמפתח להתפתחותן המהירה טמון ביציקות מינרליות, תבניות ומבני הדבקה יציבים. כיום, יציקות מינרליות נמצאות בשימוש נרחב בתחומים רבים של כלי עבודה, כגון מכונות השחזה ועיבוד שבבי במהירות גבוהה. יצרני מכונות השחזה היו חלוצים בתחום כלי העבודה באמצעות יציקות מינרליות עבור מיטות מכונות. לדוגמה, חברות בעלות שם עולמי כמו ABA z&b, Bahmler, Jung, Mikrosa, Schaudt, Stude וכו' תמיד נהנו מהריכוך, האינרציה התרמית והשלמות של יציקות מינרליות כדי להשיג דיוק גבוה ואיכות פני שטח מעולה בתהליך ההשחזה.

עם עומסים דינמיים הולכים וגדלים, יציקות מינרליות הן גם מועדפות יותר ויותר על ידי חברות מובילות בעולם בתחום משחזות הכלים. למצע יציקת המינרלים יש קשיחות מעולה ויכולה לבטל היטב את הכוח הנגרם מתאוצת המנוע הליניארי. יחד עם זאת, השילוב האורגני של ביצועי ספיגת רעידות טובים ומנוע ליניארי יכול לשפר מאוד את איכות פני השטח של חומר העבודה ואת חיי השירות של גלגל השחזה.