مقدمه: نبرد علیه ارتعاش ساختاری
در فرزکاری، سنگ زنی، و حکاکی دقیق CNC با سرعت بالا، ارتعاش ساختاری عامل محدود کننده اولیه کیفیت پرداخت سطح و عمر ابزار است. هنگامی که یک ابزار برش با یک قطعه کار در سرعت های چرخشی بالا درگیر می شود، نیروهای برشی تحریک با فرکانس بالا- ایجاد می کنند. اگر این ارتعاشات در قاب دستگاه پخش شوند، باعث تشدید می شوند و در نتیجه باعث ایجاد لکه های قابل مشاهده روی قطعه کار و تسریع ریز{4}}تراشه شدن لبه های ابزار برش می شود.
از لحاظ تاریخی، سازندگان ماشین ابزار به دلیل ریخته گری مناسب و ویژگی های میرایی متوسط، به چدن خاکستری متکی بودند. با این حال، از آنجایی که تولید مدرن مستلزم نرخ خوراک بالاتر، تحملهای سختتر (در جایی که زبری سطح کمتر از 0.1 میکرومتر است)، و عمر ابزار بیشتر است، چدن به سرعت با مواد کامپوزیتی با کارایی بالا جایگزین میشود. بی نظیرپایه های دستگاه ریخته گری مواد معدنی(همچنین به عنوان گرانیت مصنوعی یا بتن رزینی نیز شناخته میشود) نشاندهنده هنر-طراحی سازهای ماشین ابزار با میرایی بالا است.
فیزیک میرایی: ریخته گری مواد معدنی در مقابل چدن
میرایی توانایی یک ماده برای اتلاف انرژی مکانیکی (ارتعاشات) با تبدیل آن به انرژی میکرو-گرمائی است. نسبت میرایی (که به عنوان ضریب eta نشان داده می شود) معیاری بدون بعد از این قابلیت است. هنگامی که یک تخت ماشین یک چرخه ضربه یا ارتعاش را تجربه می کند، ماده ای با میرایی بالا سیستم را بسیار سریعتر از ماده ای با میرایی کم به حالت استراحت بازمی گرداند.
واپاشی ریاضی دامنه ارتعاش در طول زمان به صورت زیر محاسبه می شود:
دامنه در زمان t=دامنه اولیه ضرب در ثابت ریاضی e افزایش یافته تا توان نسبت میرایی منفی، ضرب در فرکانس و زمان طبیعی.
نگاهی مقایسه ای به نسبت های میرایی برتری آشکار ریخته گری مواد معدنی را نشان می دهد:
فولاد سازه: نسبت میرایی تقریباً 0.001.
چدن خاکستری: نسبت میرایی تقریباً 0.003.
ریخته گری مواد معدنی: نسبت میرایی تقریباً 0.020 تا 0.030.
ظرفیت میرایی ریختهگری معدنی بینظیر تقریباً 10 برابر بیشتر از چدن خاکستری و تقریباً 30 برابر بیشتر از فولاد سازهای است. این رفتار میرایی استثنایی، هارمونیکهای فرکانس بالا را تقریباً فوراً سرکوب میکند. برای کاربر نهایی، این به طور مستقیم به- ترجمه میشود:
کیفیت سطح برتر: صدای ریز-را حذف میکند، و اجازه میدهد تا سطح سطح را مستقیماً از دستگاه فرز بهصورت نوری- پرداخت.
طول عمر ابزار افزایش یافته: کاهش دامنه ارتعاش، سایش ضربه چرخه ای بر روی ابزار کاربید و الماس را به حداقل می رساند و عمر ابزار را تا 30 درصد افزایش می دهد.
افزایش نرخ تغذیه: ماشین ها می توانند با پارامترهای دینامیکی بسیار بالاتر بدون ایجاد ناپایداری ساختاری کار کنند.
ترکیب مواد و توزیع اندازه ذرات فولر
ریختهگری معدنی بینظیر یک ماده کامپوزیتی پیشرفته است که از دو جزء اصلی مهندسی شده است: سنگدانههای معدنی طبیعی با خلوص بالا و سیستم چسباننده رزین اپوکسی با کارایی بالا{{1}.
مخلوط سنگدانه ها از سنگ های کوارتز، بازالت و گرانیت با دقت انتخاب شده تشکیل شده است. برای دستیابی به حداکثر چگالی بسته بندی و به حداقل رساندن حجم مورد نیاز رزین اپوکسی گران قیمت، از منحنی توزیع فولر برای بهینه سازی نسبت اندازه دانه استفاده می کنیم. با مخلوط کردن کسرهای دقیق از ذرات درشت، متوسط، ریز و فوق{2} ریز، دانههای کوچکتر شکاف بین سنگهای بزرگتر را کاملاً پر میکنند.
درصد سنگدانه عبوری از الک با اندازه دهانه d به صورت زیر محاسبه می شود:
درصد=100 ضرب در نسبت اندازه دهانه d به حداکثر اندازه ذره D، افزایش یافته به توان نما درجه بندی n (برای حداکثر چگالی ساختاری نزدیک به 0.5 بهینه شده است).
این ماتریس سنگدانه بسیار متراکم با استفاده از یک رزین اپوکسی سرد{0} پیشرفته (تقریباً 8 تا 12 درصد از وزن کل) را به هم متصل میکند. برخلاف ریختهگری سنتی آهن، که نیاز به ذوب فلزات در دماهای بیش از 1200 درجه سانتیگراد دارد، ریختهگری معدنی ما از طریق یک چرخه پخت{6}در دمای پایین و سازگار با محیطزیست پردازش میشود که منجر به انقباض تقریباً صفر و تنش حرارتی پسماند صفر میشود.
آزادی طراحی و یکپارچگی عملکردی
یکی از قدرتمندترین مزایای ریختهگری معدنی بینظیر، توانایی ریختن ویژگیهای پیچیده داخلی مستقیماً در بستر دستگاه است. از آنجایی که مواد در دمای اتاق در حالت دوغاب مایع پردازش میشوند، میتوانیم اجزای کاربردی را قبل از ریختهگری در داخل قالب قرار دهیم:
لنگرها و راهنماهای فولادی تعبیه شده: صفحات فولادی با دقت بالا- با گل میخ های لنگر جوش داده شده را می توان مستقیماً در کامپوزیت ریخت. این صفحات متعاقباً با دقت آسیاب می شوند تا به عنوان سطوح نصب مرجع برای راهنماهای خطی عمل کنند.
کانال های خنک کننده یکپارچه: لوله های خنک کننده مایع را می توان در سازه ریخت. این امکان کنترل فعال دمای بستر دستگاه را فراهم میکند و از تغییر شکل حرارتی در طول چرخههای طولانیمدت{{1}ماشینکاری با قدرت بالا جلوگیری میکند.
مجراهای داخلی و حفره ها: مجراهای الکتریکی، خطوط هیدرولیک و شیلنگ های پنوماتیکی را می توان در داخل ریخته گری هدایت کرد و معماری ماشینی بسیار یکپارچه، صرفه جویی در فضا و تمیز- را ایجاد کرد.
ریختهگری معدنی بینظیر با حذف مراحل مختلف ماشینکاری و مونتاژ پس از{0}}ریختهگری، راهحل ساختاری بهینهشده{{1} و با کارایی بالا را در اختیار سازندگان ابزارهای ماشینی قرار میدهد که پایداری دینامیکی شدید را با انعطافپذیری طراحی بینظیر ترکیب میکند.