ارتعاش یکی از پایدارترین منابع از دست دادن دقت استتجهیزات دقیق. این می تواند به صورت پچ پچ در یک مرکز ماشینکاری، داده های تصویر تار در یک سیستم بازرسی نوری، خوانش کاوشگر ناپایدار در یک دستگاه اندازه گیری مختصات، یا زمان ته نشین شدن پس از یک حرکت سریع محور ظاهر شود. نتیجه آشنا است: سطح ضعیف تر، توان عملیاتی کمتر، سایش ابزار بیشتر، اندازه گیری های ناسازگار، و زمان طولانی تری صرف انتظار برای تثبیت سیستم.
ماشین سازان به طور سنتی زمانی که به ساختاری ثابت و سفت نیاز دارند به چدن روی آورده اند. این یک ماده کاربردی و خوب{1}}برای تختهای ماشین، ستونها، میزها و بدنههای ثابت باقی میماند. با این حال، همانطور که تجهیزات به سمت سرعت بالاتر، تحملهای کوچکتر و سیستمهای حسگر حساستر حرکت میکنند، ماده دیگری مورد توجه قرار گرفته است: ریختهگری معدنی، همچنین به عنوان بتن پلیمری، گرانیت اپوکسی یا کامپوزیت معدنی شناخته میشود.
انتخاب صرفاً «جدید در مقابل قدیمی» نیست. ریخته گری مواد معدنی و چدن تحت ارتعاش رفتار متفاوتی دارند و هر کدام به رویکرد طراحی متفاوتی نیاز دارند. برای خریداران مهندسی، مدیران کیفیت و تکنسینهای آزمایشگاه، این سوال مفید است: کدام ساختار ارتعاش را در محدوده فرکانس و شرایط عملکردی که برای دستگاه مهم است کنترل میکند؟
میرایی در طراحی ماشین به چه معناست
ساختار ماشینی به دو چیز نیاز دارد: سختی و میرایی.
سختی تعیین می کند که یک سازه تحت یک بار استاتیک یا به آرامی در حال تغییر چقدر منحرف می شود. میرایی تعیین می کند که انرژی ارتعاش با چه سرعتی پس از یک اختلال تجزیه می شود. یک سازه با سختی بالا ممکن است به خوبی در برابر خم شدن مقاومت کند اما همچنان ارتعاش یا حلقه را پس از تحریک منتقل می کند. ساختار میرایی بالا این انرژی را سریعتر از بین می برد و دامنه و مدت زمان نوسان را کاهش می دهد.
این تفاوت پس از معکوس کردن سریع محور ماشین، درگیر شدن با ابزار، برش متناوب، یا اختلال کف خارجی قابل مشاهده است. سازه ای با میرایی محدود پس از رویداد همچنان به ارتعاش ادامه می دهد. سازه بهتر-میرا سریعتر ته نشین می شود.
اندازهگیری اغلب به صورت نسبت میرایی یا کاهش لگاریتمی در حین واپاشی ارتعاش{0} آزاد بیان میشود. این اعداد باید به دقت تفسیر شوند زیرا ترکیب مواد، هندسه اجزاء، شرایط مرزی، بارگذاری و روش آزمایش همگی می توانند نتیجه را تغییر دهند. با این حال، تحقیقات تطبیقی پیوسته نشان میدهد که سازههای معدنی{3}}اپوکسی میتوانند به طور قابلتوجهی میرایی بیشتری نسبت به سازههای چدنی-قابل مقایسه نشان دهند.
یک مطالعه آزمایشی تاثیر منتشر شده-روی سنگ قبرهای ماشینی-نسبت میرایی 1.48% برای ساختار معدنی{3} اپوکسی در مقایسه با 0.33% برای نمونه چدنی-در اولین حالت ارتعاشی آن اندازهگیری شد. همان تحقیق همچنین اشاره کرد که پاسخ فرکانسی و سفتی باید در کنار میرایی ارزیابی شود نه اینکه به عنوان یک ویژگی ماده واحد در نظر گرفته شود.
چرا ریخته گری معدنی ارتعاش را جذب می کند؟
ریخته گری مواد معدنی یک کامپوزیت است. عموماً از سنگدانه های معدنی با دقت درجه بندی شده-مانند گرانیت، کوارتز، بازالت یا سیلیس- که با یک سیستم رزین پلیمری متصل شده اند، تشکیل شده است. سنگدانه حجیم، مقاومت فشاری و جرم ابعادی را فراهم می کند. ماتریس پلیمری میرایی داخلی را فراهم می کند.
هنگامی که یک موج ارتعاشی از طریق پایه ماشین ریخته گری مواد معدنی عبور می کند، تغییر شکل میکروسکوپی و اصطکاک در ساختار رزین{0}}مجموعه، بخشی از انرژی ارتعاش را به عنوان گرما از بین می برد. سازه های فلزی مکانیسم ویسکوالاستیک یکسانی را ارائه نمی دهند. چدن در مقایسه با فولاد جوش داده شده دارای میرایی داخلی معنیداری است، اما ساختار فلزی کریستالی باقی میماند که ارتعاش را راحتتر از مواد کامپوزیت معدنی پلیمری{3}}انتقال میدهد.
به همین دلیل، ریختهگری معدنی اغلب برای تجهیزات حساس به ارتعاش مانند:
مراکز ماشینکاری و ماشینهای سنگزنی با سرعت بالا-
سیستم های پردازش لیزری دقیق
بازرسی نوری و تجهیزات AOI
سازه های پشتیبانی نیمه هادی و تجهیزات جابجایی ویفر{0}}
ماشینهای اندازهگیری مختصات و سکوهای{0}بعدی بازرسی
تجهیزات تصویربرداری پزشکی، CT صنعتی و اشعه ایکس-
سیستمهای اتوماسیون دقیق، مراحل XY و پلتفرمهای موتوری{0} خطی
منابع تامین کننده و صنعت معمولاً عملکرد میرایی ریخته گری مواد معدنی را چندین برابر بیشتر از چدن گزارش می کنند. برخی از مقادیر منتشر شده نشاندهنده یک تفاوت هشت- تا-در کاهش لگاریتمی هستند، اگرچه عملکرد واقعی باید در ساختار نهایی اعتبارسنجی شود تا اینکه از ادعای مادی کلی استنتاج شود.
چدن هنوز هم نقشی دارد
چدن منسوخ نیست و نباید آن را برای ماشین آلات دقیق نامناسب توصیف کرد.
جذاب است زیرا سفتی بالا، قوانین طراحی آشنا، فرآیندهای ریخته گری تثبیت شده، ماشینکاری خوب و رفتار قوی تحت بارهای مکانیکی متمرکز را ارائه می دهد. مدول الاستیک بالاتر آن به این معنی است که یک بستر چدنی اغلب میتواند به استحکام استاتیکی مورد نیاز با سطح مقطع باریکتر از معادل ریختهگری معدنی دست یابد.
زمانی که اندازه پاکت، وزن ساختاری، غلظت بار، یا محدودیتهای نصب، اندازه پاکت{0}}ماشین را محدود میکند، اهمیت دارد.
ریخته گری مواد معدنی به طور کلی مدول الاستیک کمتری نسبت به چدن دارد. برای رسیدن به سختی استاتیکی معادل، مهندسان ممکن است به مقاطع-بزرگتر، دندهها، تقویتکنندههای فولادی یا سازههای هیبریدی نیاز داشته باشند. یک بررسی تحقیقاتی در مورد تختهای ابزار چدنی-آهن و معدنی{4}}ماشین رزین{5}} هشدار داد که ریختهگری مواد معدنی به تنهایی ممکن است برای سازههای تخت ماشینی{6} کاملی که در آنها الزامات مقاومت مکانیکی غالب است، کافی نباشد.
این یک ضعف در هر برنامه ای نیست. یک شرط طراحی است. یک پایه ریختهگری معدنی-که به خوبی مهندسی شده است، شکل مستقیمی نیست-برای-جایگزین شکلی برای ریختهگری آهن موجود. باید بر اساس رفتار مادی خودش طراحی شود.
سوال رزونانس
میرایی بیشتر به طور خودکار به معنای بهبود هر فرکانس طبیعی نیست.
یک ساختار ریختهگری معدنی میتواند فرکانس طبیعی کمتری نسبت به ساختار چدنی معادل داشته باشد، زیرا در سختی و هندسه تفاوت دارد. در عین حال، میرایی بیشتر آن ممکن است دامنه پاسخ تشدید را کاهش دهد و زمان ته نشینی را کوتاه کند. به عبارت دیگر، این ماده میتواند دستگاه را کمتر مستعد ارتعاشات مخرب کند، حتی زمانی که نقشه فرکانس ساختاری متفاوت است.
تحقیقات سال 2018 در مورد ساختارهای ماشین سنگ زنی{1}}CNC این نکته را نشان می دهد. آنها دریافتند که ساختارهای رزین معدنی میتوانند رفتار کمتر مطلوبتری را در برخی مناطق با فرکانس پایینتر نشان دهند، اما احتمال ایجاد رزونانس در محدوده فرکانس ارزیابیشده کمتر است. نتیجه گیری مفید است: عملکرد پویا باید در سراسر طیف عملیاتی اندازه گیری شود، نه اینکه به یک عدد سرفصل کاهش یابد.
برای یک ماشین اسپیندل، مهندسان باید فرکانسهای{0} نیروی برش، هارمونیکهای دوک، پروفیلهای شتاب محور، حالتهای ثابت، و ارتعاش کف را بررسی کنند. برای یک سیستم مترولوژی یا نوری، تمرکز ممکن است به سمت پهنای باند حسگر، سرعت اسکن، اختلالات محیطی و زمان ته نشین شدن پس از حرکت تغییر کند.
دقت تمام شده است، ریخته نشده است
یک پایه ماشین ریختهگری معدنی بیشتر ارزش خود را از تولید نزدیک-شکل- بدست میآورد. درج ها، مسیرهای خنک کننده، کانال های کابل، نقاط نصب و رابط های تعبیه شده را می توان در طول ریخته گری یکپارچه کرد. با این حال، سطح ریخته گری به طور خودکار یک داده دقیق نیست.
صندلیهای راهنما، رابط یاتاقانها، سطوح نصب نوری، و مراجع اندازهگیری اغلب به ماشینکاری پس از ریختهگری، سنگزنی، لایهبندی یا ادغام با عناصر گرانیتی دقیق نیاز دارند. اینجاست که قابلیت اندازه گیری تامین کننده به اندازه قابلیت ریخته گری آن اهمیت می یابد.
UNPARALLELED® ساختارهای ریختهگری معدنی را در کنار اجزای دقیق گرانیت، سرامیک، UHPC، فلز و کربن{0}}و الیاف دقیق پشتیبانی میکند. این امکان انتخاب مواد پیرامون عملکرد واقعی قطعه را فراهم می کند. یک پایه ریختهگری معدنی ممکن است با راهنماهای گرانیتی دقیق، درجهای رزوهای چسبانده شده، رابطهای فلزی ماشینکاری شده یا پایههای نصب کنترلشده جفت شود.
تجربه این شرکت در سنگ زنی گرانیت بزرگ، لپ کردن با دست، محیط های بازرسی با ارتعاش-کنترل شده، اندازه گیری سطح الکترونیکی-و تداخل سنجی لیزری مبنای عملی را برای ارزیابی چنین مجموعه هایی فراهم می کند. هدف این نیست که در هر موردی ریخته گری مواد معدنی تجویز شود. این برای ارائه ساختاری است که رفتار دینامیکی، هندسه نهایی و روش بازرسی آن با نیاز تجهیزات هماهنگ باشد.
انتخاب ساختار مناسب
برای تجهیزات حساس به لرزش{0}}ریخته گری معدنی مزیت میرایی قوی نسبت به چدن سنتی دارد. این مزیت میتواند رفتار تهنشینی را بهبود بخشد، انتقال ارتعاش را کاهش دهد، و از عملکرد پایدارتر دستگاه تحت سرعت حرکت- یا بارهای تغییر فرآیند پشتیبانی کند.
در جایی که سفتی فشرده،{0}ظرفیت بار متمرکز بالا، یا الزامات طراحی دستگاه فلزی{1} تثبیت شده غالب است، چدن انتخاب قویتری است.
بهترین انتخاب با شواهد مهندسی آغاز می شود: تجزیه و تحلیل مودال، موارد بار واقعی، شرایط حرارتی، تلرانس های هندسی مورد نیاز، و یک آزمون پذیرش واضح. هنگامی که کنترل ارتعاش حیاتی است، پایه دستگاه نباید به عنوان تکیه گاه غیرفعال در نظر گرفته شود. بخشی از سیستم دقیق است.