چرا پایداری حرارتی مهم است
ابزار اندازه گیری دقیقدر یک محیط خنثی ابعادی کار نکنید. هر پایه ماشین، ریل راهنما، فیکسچر، مقیاس و قطعه کار با تغییر دمای آن، اندازه آن تغییر می کند. این اثر ممکن است کوچک باشد، اما در ساختار ماشین طولانی یا اندازهگیری تحمل سخت، چند میکرومتر میتواند بر نتیجه تأثیر بگذارد.
برای اندازهشناسی ابعادی، اندازهگیریها معمولاً به 20 درجه ارجاع میشوند. دستورالعمل NIST اشاره می کند که اندازه گیری های انجام شده در دماهای دیگر نیاز به اصلاحات انبساط حرارتی دارند، در حالی که سیستم اندازه گیری و قطعه کار باید قبل از بازرسی به تعادل حرارتی برسند.nist{4}}
این امر باعث می شود که انتخاب بین پایه دستگاه گرانیت و سازه فولادی بیشتر از بحث مقاومت یا هزینه باشد. ضریب انبساط حرارتی، رفتار انتقال{1}حرارت، هندسه ساختاری، شرایط پشتیبانی و کنترل دما همگی بر عملکرد نهایی تأثیر میگذارند.
گرانیت و فولاد: یک مقایسه عملی
ضریب خطی انبساط حرارتی یا CTE، میزان تغییر طول یک ماده با تغییر دمای آن را توصیف می کند. مقادیر معمول فولاد حدود 11-13 × 10-6/ درجه است، اگرچه مقدار دقیق به آلیاژ، عملیات حرارتی، ترکیب و محدوده دما بستگی دارد. گرانیت دقیق اغلب حدود 4.5-8 × 10-6 / درجه است، بسته به سنگ خاص و جهت. یک مقایسه تخصصی مقادیر نماینده تقریباً 6 × 10-6/ درجه برای گرانیت و 12 × 10-6/ درجه برای steel.pmc.ncbi.nlm.nih می دهد{17}}
یک جزء 1000 میلی متری را در نظر بگیرید که در معرض افزایش دمای یک درجه یکنواخت قرار دارد:
یک جزء گرانیتی با CTE 6 × 10-6/ درجه ممکن است تقریباً 6 میکرومتر تغییر کند.
یک جزء فولادی با CTE 12 × 10-6/ درجه ممکن است تقریباً 12 میکرومتر تغییر کند.
این تفاوت با افزایش پاکت دستگاه بیشتر می شود. یک سازه 3 متری می تواند چندین ده میکرومتر تغییر ابعادی را از یک تغییر دما نسبتاً کوچک تجربه کند. خطای واقعی به توزیع دما بستگی دارد، اما مثال نشان می دهد که چرا انتخاب مواد در CMM، سیستم های بازرسی نوری، مراحل دقیق و تجهیزات کالیبراسیون اهمیت دارد.
گرانیت همچنین گرما را کندتر از فولاد منتقل می کند. این می تواند سرعت پاسخ ابعادی به تغییرات حرارتی کوتاه مدت را کاهش دهد، که وقتی دستگاه در معرض منابع گرمای متناوب قرار می گیرد مفید است. همین ویژگی نیاز به طراحی دقیق دارد: اگر یک ناحیه از یک ساختار گرانیتی بزرگ به صورت موضعی گرم شود، گرادیان های حرارتی ممکن است برای مدت طولانی تری باقی بمانند. کنترل محیطی یکنواخت ضروری است.
فولاد مزایای خاص خود را دارد. استحکام کششی بالا، روشهای ساخت آشنا، اصلاح آسانتر و طیف وسیعی از گزینههای آلیاژی را ارائه میدهد. سازه های فولادی را می توان با آلیاژهای کم{2}CTE، جبران حرارتی، خنک کننده آب یا اصلاح نرم افزار طراحی کرد. در بسیاری از ماشین ها، این راه حل ها کاملا مناسب هستند. سوال این است که آیا سیستم حرارتی کامل را می توان در عدم قطعیت اندازه گیری مورد نیاز کنترل کرد؟
جایی که گرانیت مزیت آشکاری را ارائه می دهد
گرانیت دقیق به طور گسترده ای برای صفحات سطحی، سازه های CMM، پایه های دستگاه گرانیت، سکوهای نوری، خط کش های گرانیتی و اجزای اندازه گیری سفارشی استفاده می شود. CTE معمولی پایینتر آن میتواند میزان تصحیح مورد نیاز برای تغییرات ابعادی مربوط به دما را کاهش دهد. همچنین مقاومت در برابر خوردگی و ارتعاش{3}}رفتار میرایی مفیدی را ارائه می دهد.
این ماده به ویژه برای سازه هایی مناسب است که باید یک رابطه هندسی پایدار بین چندین جزء داشته باشند. اینها ممکن است شامل موارد زیر باشد:
راهنماهای CMM و پشتیبانی از پل.
صفحات سطح گرانیت به عنوان مرجع بازرسی استفاده می شود.
سکوهای اندازه گیری نوری و لیزری
پایه تجهیزات بازرسی نیمه هادی.
میزهای دقیق XY و سازههای هوا{0}.
وسایل مونتاژ برای-تجهیزات با دقت بالا.
کالیبراسیون و اجزای مرجع آزمایشگاهی.
گرانیت به طور خودکار ماده بهتری برای هر کاربرد نیست. شکننده، سنگین است و پس از ماشینکاری اصلاح کمتری دارد. درجهای رزوهدار، رابطهای فلزی متصل، سوراخهای حفر شده، نقاط بالابر و محلهای پشتیبانی باید قبل از تولید طراحی شوند. چیدمان ضعیف پشتیبانی می تواند پایه گرانیتی را مخدوش کند همانطور که یک قاب نامناسب می تواند یک قاب فولادی را مخدوش کند.
اهمیت سیستم کامل حرارتی
یک ماده از نظر حرارتی پایدار نمی تواند یک اتاق ضعیف کنترل شده را جبران کند. جریان هوا، نور خورشید، موتورهای مجاور، مایع خنک کننده، تماس اپراتور، وسایل الکترونیکی و درایوهای ماشین همگی می توانند شیب دما را ایجاد کنند.
توصیه های NIST بر نظارت بر دما، تصحیح حرارتی، تغییرات کنترل شده و زمان خیساندن کافی قبل از کالیبراسیون تاکید دارند. این الزامات هم برای گرانیت و هم برای فولاد اعمال می شود. تفاوت این است که یک سازه فولادی ممکن است سریعتر به گرمای موضعی پاسخ دهد، در حالی که یک سازه گرانیتی ممکن است کندتر پاسخ دهد اما شیب را برای مدت طولانی تری حفظ کند.
به همین دلیل، تیم های مهندسی باید ارزیابی کنند:
CTE هر ماده ساختاری و مرجع.
طول و مقطع{0}} جزء.
منابع حرارتی و گرادیان دمای مورد انتظار
پشتیبانی و چیدمان نصب.
الزامات جبران حرارتی
زمان مجاز برای تعادل حرارتی
عدم قطعیت اندازه گیری در شرایط عملیاتی واقعی.
مجموعههای مواد مخلوط{0}}به توجه ویژه نیاز دارند. یک راهنمای فولادی، مرجع سرامیکی، فیکسچر آلومینیومی و پایه گرانیتی با سرعت های متفاوتی گسترش می یابد. اگر طراحی آن تفاوتها را برآورده نکند، رابطهای پیچدار یا باندی ممکن است باعث ایجاد تنش، ناهماهنگی یا تغییر شکل موضعی شوند.
تجربه تولید و انتخاب مواد
در UNPARALLELED®، کار ما با اجزای گرانیتی دقیق نشان داده است که عملکرد حرارتی با انتخاب مواد آغاز می شود و از طریق سنگ زنی، نصب درج، مونتاژ و بازرسی ادامه می یابد. ما از محیط های دما و رطوبت کنترل شده برای پردازش و اندازه گیری دقیق استفاده می کنیم که توسط تجهیزات اندازه گیری کالیبره شده پشتیبانی می شود.
برای انتخاب مشتری بین گرانیت و فولاد، تصمیم درست باید از هدف دقت دستگاه، محیط حرارتی، محفظه بار، روش تولید و الزامات چرخه عمر پیروی کند. گرانیت اغلب یک پایه مرجع پایدار با انبساط حرارتی کمتر نسبت به فولاد معمولی فراهم می کند. در جایی که وزن، قابلیت تنظیم، جوشکاری یا کنترل حرارتی یکپارچه اولویت دارد، فولاد ممکن است گزینه عملیتری باقی بماند.
بهترین نتیجه از تلقی پایداری حرارتی بهعنوان پارامتر طراحی سطح{0}سیستم حاصل میشود. انتخاب مواد، کنترل محیطی، هندسه سازه، جبران و روش اندازه گیری باید با هم کار کنند. به این ترتیب است که یک ابزار اندازه گیری دقیق دقت قابل اعتمادی را حفظ می کند-نه از طریق یک ادعای مواد، بلکه از طریق مهندسی منظم از طراحی تا کالیبراسیون نهایی.