Epoxygraniet, ook wel synthetisch graniet genoemd, is een mengsel van epoxy en graniet dat vaak wordt gebruikt als alternatief materiaal voor machineonderdelen. Epoxygraniet wordt gebruikt in plaats van gietijzer en staal voor een betere trillingsdemping, een langere levensduur van het gereedschap en lagere montagekosten.
Machinegereedschapsbasis
Gereedschapswerktuigen en andere precisiemachines zijn voor hun statische en dynamische prestaties afhankelijk van een hoge stijfheid, langdurige stabiliteit en uitstekende dempingseigenschappen van het basismateriaal. De meest gebruikte materialen voor deze constructies zijn gietijzer, gelaste staalconstructies en natuurgraniet. Vanwege het gebrek aan langdurige stabiliteit en de zeer slechte dempingseigenschappen worden staalconstructies zelden gebruikt waar hoge precisie vereist is. Hoogwaardig gietijzer dat spanningsvrij is gemaakt en gegloeid, geeft de constructie dimensionale stabiliteit en kan in complexe vormen worden gegoten, maar vereist een kostbaar nabewerkingsproces om na het gieten nauwkeurige oppervlakken te verkrijgen.
Hoogwaardig natuurgraniet wordt steeds moeilijker te vinden, maar heeft een hoger dempingsvermogen dan gietijzer. Net als bij gietijzer is de bewerking van natuurgraniet arbeidsintensief en kostbaar.
Precisie-granietgietstukken worden geproduceerd door granietgranulaat (dat wordt vermalen, gewassen en gedroogd) te mengen met een epoxyhars bij omgevingstemperatuur (d.w.z. een koudhardingsproces). Kwartsgranulaat kan ook als vulmiddel worden gebruikt. Trillingsverdichting tijdens het vormproces zorgt ervoor dat het granulaat stevig wordt samengepakt.
Schroefdraadinzetstukken, stalen platen en koelvloeistofleidingen kunnen tijdens het gietproces worden meegegoten. Voor een nog grotere veelzijdigheid kunnen lineaire rails, geslepen geleiders en motorsteunen worden gerepliceerd of ingegoten, waardoor nabewerking na het gieten overbodig is. De oppervlakteafwerking van het gietstuk is even goed als die van de mal.
Voordelen en nadelen
De voordelen zijn onder meer:
■ Trillingsdemping.
■ Flexibiliteit: op maat gemaakte lineaire geleidingen, hydraulische vloeistoftanks, schroefdraadinzetstukken, snijvloeistof en leidingwerk kunnen allemaal in de polymeerbasis worden geïntegreerd.
■ Door het gebruik van inzetstukken etc. wordt de nabewerking van het afgewerkte gietstuk aanzienlijk verminderd.
■ De montagetijd wordt verkort doordat meerdere componenten in één gietstuk worden verwerkt.
■ Vereist geen uniforme wanddikte, wat zorgt voor meer ontwerpvrijheid bij het ontwerpen van de basis.
■ Chemische bestendigheid tegen de meeste gangbare oplosmiddelen, zuren, basen en snijvloeistoffen.
■ Schilderen is niet nodig.
■Composiet heeft een dichtheid die ongeveer gelijk is aan die van aluminium (maar de onderdelen zijn dikker om een vergelijkbare sterkte te bereiken).
■ Het gietproces van composietpolymeerbeton verbruikt veel minder energie dan metaalgieten. De productie van polymeergietharsen vergt zeer weinig energie en het gietproces vindt plaats bij kamertemperatuur.
Epoxygraniet heeft een interne dempingsfactor die tot tien keer beter is dan gietijzer, tot drie keer beter dan natuurgraniet en tot dertig keer beter dan staalconstructies. Het materiaal wordt niet beïnvloed door koelvloeistoffen, heeft een uitstekende stabiliteit op lange termijn, een verbeterde thermische stabiliteit, een hoge torsie- en dynamische stijfheid, een uitstekende geluidsabsorptie en verwaarloosbare interne spanningen.
Nadelen zijn onder andere de lage sterkte in dunne secties (minder dan 25 mm), de lage treksterkte en de lage schokbestendigheid.
Een inleiding tot mineraalgietframes
Mineraalgieten is een van de meest efficiënte en moderne bouwmaterialen. Fabrikanten van precisiemachines behoorden tot de pioniers in het gebruik van mineraalgieten. Tegenwoordig neemt het gebruik ervan toe in combinatie met CNC-freesmachines, boormachines, slijpmachines en EDS-machines, en de voordelen beperken zich niet tot machines met hoge snelheid.
Mineraalgieten, ook wel epoxygraniet genoemd, bestaat uit minerale vulstoffen zoals grind, kwartszand, gletsjermeel en bindmiddelen. Het materiaal wordt volgens nauwkeurige specificaties gemengd en koud in de mallen gegoten. Een solide basis is de sleutel tot succes!
Moderne werktuigmachines moeten steeds sneller werken en een hogere precisie leveren dan ooit tevoren. Hoge bewegingssnelheden en zware bewerkingen veroorzaken echter ongewenste trillingen in het machineframe. Deze trillingen hebben een negatief effect op het oppervlak van het werkstuk en verkorten de levensduur van het gereedschap. Frames van mineraalgietwerk verminderen trillingen snel – ongeveer 6 keer sneller dan gietijzeren frames en 10 keer sneller dan stalen frames.
Gereedschapswerktuigen met mineraalgietbedden, zoals freesmachines en slijpmachines, zijn aanzienlijk nauwkeuriger en leveren een betere oppervlaktekwaliteit. Bovendien wordt de slijtage van het gereedschap aanzienlijk verminderd en de levensduur verlengd.
Het gietframe van composietmineraal (epoxygraniet) biedt diverse voordelen:
- Vormgeving en sterkte: Het mineraalgietproces biedt een uitzonderlijke mate van vrijheid met betrekking tot de vorm van de componenten. De specifieke eigenschappen van het materiaal en het proces resulteren in een relatief hoge sterkte en een aanzienlijk lager gewicht.
- Integratie van infrastructuur: Het mineraalgietproces maakt een eenvoudige integratie mogelijk van de structuur en extra componenten zoals geleidingen, schroefdraadinzetstukken en aansluitingen voor installaties, tijdens het eigenlijke gietproces.
- De fabricage van complexe machineconstructies: Wat met conventionele processen ondenkbaar zou zijn, wordt mogelijk met mineraalgieten: Verschillende onderdelen kunnen door middel van gelijmde verbindingen tot complexe structuren worden samengevoegd.
- Economische maatnauwkeurigheid: In veel gevallen worden de mineraalgegoten componenten direct op de uiteindelijke afmetingen gegoten, omdat er tijdens het uitharden praktisch geen krimp optreedt. Hierdoor kunnen verdere, kostbare nabewerkingsprocessen worden weggelaten.
- Precisie: Zeer nauwkeurige referentie- of steunvlakken worden verkregen door verdere slijp-, vorm- of freesbewerkingen. Hierdoor kunnen veel machineconcepten elegant en efficiënt worden gerealiseerd.
- Goede thermische stabiliteit: Minerale gietvormen reageren zeer traag op temperatuurschommelingen omdat de warmtegeleidingscoëfficiënt aanzienlijk lager is dan die van metalen materialen. Hierdoor hebben kortstondige temperatuurschommelingen aanzienlijk minder invloed op de maatnauwkeurigheid van de machine. Een betere thermische stabiliteit van het machinebed betekent dat de algehele geometrie van de machine beter behouden blijft en dat geometrische fouten daardoor tot een minimum worden beperkt.
- Geen corrosie: De onderdelen van mineraalgegoten kunststof zijn bestand tegen oliën, koelvloeistoffen en andere agressieve vloeistoffen.
- Betere trillingsdemping voor een langere levensduur van gereedschap: ons mineraalgietwerk bereikt tot wel 10 keer betere trillingsdempingswaarden dan staal of gietijzer. Dankzij deze eigenschappen wordt een extreem hoge dynamische stabiliteit van de machineconstructie verkregen. De voordelen hiervan voor machinebouwers en -gebruikers zijn duidelijk: een betere oppervlaktekwaliteit van de bewerkte of geslepen onderdelen en een langere levensduur van het gereedschap, wat leidt tot lagere gereedschapskosten.
- Milieu: De milieubelasting tijdens de productie wordt verminderd.
Mineraalgietframe versus gietijzeren frame
Hieronder vindt u de voordelen van ons nieuwe mineraalgietwerk ten opzichte van het voorheen gebruikte gietijzeren frame:
| Mineraalgieten (epoxygraniet) | Gietijzer | |
| Demping | Hoog | Laag |
| Warmteprestaties | Lage warmtegeleidingsvermogen en hoogwaardige verwarming capaciteit | Hoge warmtegeleidingsvermogen en lage specificatie warmtecapaciteit |
| Ingebouwde onderdelen | Onbeperkt ontwerp en Eendelige mal en naadloze verbinding | Nabewerking noodzakelijk |
| Corrosiebestendigheid | Extra hoog | Laag |
| Milieu Vriendelijkheid | Laag energieverbruik | Hoog energieverbruik |
Conclusie
Mineraalgieten is ideaal voor de frameconstructies van onze CNC-machines. Het biedt duidelijke technologische, economische en milieuvoordelen. Mineraalgieten zorgt voor een uitstekende trillingsdemping, een hoge chemische bestendigheid en aanzienlijke thermische voordelen (thermische uitzetting vergelijkbaar met die van staal). Verbindingselementen, kabels, sensoren en meetsystemen kunnen allemaal in de constructie worden gegoten.
Wat zijn de voordelen van het bewerkingscentrum voor mineraalgieten met een granieten bed?
Minerale gietsels (kunstmatig graniet, ook wel harsbeton genoemd) worden al meer dan 30 jaar algemeen geaccepteerd als constructiemateriaal in de machinegereedschapsindustrie.
Volgens statistieken gebruikt in Europa één op de tien werktuigmachines mineraalgietwerk als basis. Het gebruik van onjuiste of onvolledige informatie kan echter leiden tot wantrouwen en vooroordelen jegens mineraalgietwerk. Daarom is het bij de ontwikkeling van nieuwe machines noodzakelijk om de voor- en nadelen van mineraalgietwerk te analyseren en te vergelijken met andere materialen.
De basis van bouwmachines wordt over het algemeen onderverdeeld in gietijzer, mineraalbeton (polymeer en/of reactief harsbeton), staal/gelaste constructie (met of zonder voegmortel) en natuursteen (zoals graniet). Elk materiaal heeft zijn eigen eigenschappen en er bestaat geen perfect constructiemateriaal. Alleen door de voor- en nadelen van het materiaal af te wegen tegen de specifieke constructie-eisen, kan het ideale constructiemateriaal worden gekozen.
De twee belangrijkste functies van constructiematerialen – het garanderen van de geometrie, de positionering en de energieabsorptie van componenten – stellen eisen aan de prestaties (statische, dynamische en thermische prestaties), functionele/structurele eisen (nauwkeurigheid, gewicht, wanddikte, gebruiksgemak van geleiderails) voor materiaalinstallatie, mediacirculatiesysteem, logistiek) en kosteneisen (prijs, hoeveelheid, beschikbaarheid, systeemkenmerken).
I. Prestatie-eisen voor constructiematerialen
1. Statische kenmerken
Het criterium voor het meten van de statische eigenschappen van een basismateriaal is doorgaans de stijfheid van het materiaal – minimale vervorming onder belasting – in plaats van hoge sterkte. Voor statische elastische vervorming kunnen minerale gietstukken worden beschouwd als isotrope homogene materialen die voldoen aan de wet van Hooke.
De dichtheid en de elasticiteitsmodulus van mineraalgietwerk zijn respectievelijk 1/3 van die van gietijzer. Omdat mineraalgietwerk en gietijzer dezelfde soortelijke stijfheid hebben bij hetzelfde gewicht, is de stijfheid van ijzergietwerk en mineraalgietwerk gelijk, ongeacht de invloed van de vorm. In veel gevallen is de ontwerpwanddikte van mineraalgietwerk doorgaans drie keer zo groot als die van ijzergietwerk, en dit ontwerp levert geen problemen op met betrekking tot de mechanische eigenschappen van het product of gietstuk. Mineraalgietwerk is geschikt voor gebruik in statische omgevingen onder druk (bijv. bedden, steunen, kolommen) en is niet geschikt voor dunwandige en/of kleine constructies (bijv. tafels, pallets, gereedschapswisselaars, wagens, spindelsteunen). Het gewicht van constructieonderdelen wordt meestal beperkt door de apparatuur van de fabrikanten van mineraalgietwerk, en mineraalgietwerkproducten van meer dan 15 ton zijn over het algemeen zeldzaam.
2. Dynamische kenmerken
Hoe hoger de rotatiesnelheid en/of acceleratie van de as, hoe belangrijker de dynamische prestaties van de machine zijn. Snelle positionering, snelle gereedschapswisseling en hoge aanvoersnelheden versterken voortdurend de mechanische resonantie en dynamische trillingen van de machineonderdelen. Naast het dimensionaal ontwerp van het onderdeel worden de doorbuiging, massaverdeling en dynamische stijfheid van het onderdeel sterk beïnvloed door de dempingseigenschappen van het materiaal.
Het gebruik van mineraalgietwerk biedt een goede oplossing voor deze problemen. Omdat het trillingen tien keer beter absorbeert dan traditioneel gietijzer, kan het de amplitude en de eigenfrequentie aanzienlijk verlagen.
Bij bewerkingsprocessen zoals verspanen kan het een hogere precisie, een betere oppervlaktekwaliteit en een langere levensduur van het gereedschap opleveren. Tegelijkertijd presteren de mineraalgietstukken ook goed op het gebied van geluidsreductie, zoals blijkt uit vergelijkingen en verificaties met basis-, transmissie- en accessoireonderdelen van verschillende materialen voor grote motoren en centrifuges. Volgens de impactgeluidsanalyse kan het mineraalgietstuk een lokale reductie van 20% in het geluidsdrukniveau bereiken.
3. Thermische eigenschappen
Experts schatten dat ongeveer 80% van de afwijkingen in werktuigmachines wordt veroorzaakt door thermische effecten. Procesonderbrekingen zoals interne of externe warmtebronnen, voorverwarming, het wisselen van werkstukken, enzovoort, zijn allemaal oorzaken van thermische vervorming. Om het beste materiaal te kunnen selecteren, is het noodzakelijk om de materiaaleisen te verduidelijken. De hoge soortelijke warmte en lage thermische geleidbaarheid zorgen ervoor dat mineraalgietwerk een goede thermische inertie heeft ten opzichte van tijdelijke temperatuurinvloeden (zoals het wisselen van werkstukken) en schommelingen in de omgevingstemperatuur. Als snelle voorverwarming vereist is, zoals bij een metalen bed, of als de bedtemperatuur niet is toegestaan, kunnen verwarmings- of koelvoorzieningen direct in het mineraalgietwerk worden gegoten om de temperatuur te regelen. Het gebruik van dergelijke temperatuurcompensatievoorzieningen kan de vervorming als gevolg van temperatuurinvloeden verminderen, wat bijdraagt aan een verbeterde nauwkeurigheid tegen redelijke kosten.
II. Functionele en structurele eisen
Integriteit is een onderscheidend kenmerk dat mineraalgietwerk onderscheidt van andere materialen. De maximale giettemperatuur voor mineraalgietwerk is 45 °C, en in combinatie met zeer nauwkeurige mallen en gereedschappen kunnen onderdelen en mineraalgietwerk tegelijkertijd worden gegoten.
Geavanceerde hergiettechnieken kunnen ook worden toegepast op gietstukken van mineraalmetaal, wat resulteert in nauwkeurige montage- en railoppervlakken die geen nabewerking vereisen. Net als andere basismaterialen zijn gietstukken van mineraalmetaal onderworpen aan specifieke constructievoorschriften. Wanddikte, dragende accessoires, rib-inzetstukken en laad- en losmethoden verschillen tot op zekere hoogte van die van andere materialen en moeten vooraf in het ontwerp worden meegenomen.
III. Kostenvereisten
Hoewel technische overwegingen belangrijk zijn, wint kosteneffectiviteit steeds meer aan belang. Het gebruik van mineraalgietwerk stelt ingenieurs in staat aanzienlijke productie- en operationele kosten te besparen. Naast besparingen op bewerkingskosten worden ook de kosten voor gieten, eindmontage en toenemende logistieke kosten (opslag en transport) verlaagd. Gezien de geavanceerde functie van mineraalgietwerk, moet het als een integraal project worden beschouwd. Het is zelfs verstandiger om een prijsvergelijking te maken wanneer de basis is geïnstalleerd of voorgeïnstalleerd. De relatief hoge initiële kosten bestaan uit de kosten van de gietvormen en gereedschappen, maar deze kosten kunnen op de lange termijn worden terugverdiend (500-1000 stuks per stalen gietvorm), en het jaarlijkse verbruik bedraagt ongeveer 10-15 stuks.
IV. Toepassingsgebied
Als constructiemateriaal vervangen mineraalgietwerk steeds vaker traditionele constructiematerialen. De sleutel tot de snelle ontwikkeling ligt in het mineraalgieten, de mallen en de stabiele verbindingsstructuren. Tegenwoordig wordt mineraalgietwerk veelvuldig gebruikt in diverse machinegereedschapstoepassingen, zoals slijpmachines en hogesnelheidsbewerkingen. Fabrikanten van slijpmachines zijn pioniers in de machinegereedschapssector door mineraalgietwerk te gebruiken voor machinebedden. Wereldberoemde bedrijven zoals ABA z&b, Bahmler, Jung, Mikrosa, Schaudt, Stude, enz. profiteren bijvoorbeeld al jaren van de demping, thermische inertie en integriteit van mineraalgietwerk om een hoge precisie en uitstekende oppervlaktekwaliteit te bereiken tijdens het slijpproces.
Door de steeds toenemende dynamische belastingen worden mineraalgietwerkonderdelen steeds vaker gebruikt door toonaangevende bedrijven in de gereedschapsslijpsector. Het mineraalgietwerk heeft een uitstekende stijfheid en kan de krachten die ontstaan door de acceleratie van de lineaire motor goed absorberen. Tegelijkertijd kan de organische combinatie van goede trillingsdemping en lineaire motor de oppervlaktekwaliteit van het werkstuk en de levensduur van de slijpschijf aanzienlijk verbeteren.
Wat betreft het losse onderdeel: lengtes tot 10.000 mm zijn voor ons geen probleem.
Wat is de minimale wanddikte?
Over het algemeen moet de minimale dikte van de machinebasis ten minste 60 mm zijn. Dünnere secties (bijvoorbeeld 10 mm dik) kunnen worden gegoten met fijnere aggregaatkorrelgroottes en -samenstellingen.
De krimp na het gieten bedraagt ongeveer 0,1-0,3 mm per 1000 mm. Wanneer nauwkeurigere mechanische onderdelen van mineraalgietwerk vereist zijn, kunnen toleranties worden bereikt door middel van secundair CNC-slijpen, handmatig lappen of andere bewerkingsprocessen.
Ons mineraalgietmateriaal is gemaakt van natuurlijk Jinan zwart graniet. De meeste bedrijven kiezen echter voor gewoon natuurgraniet of natuursteen in de bouw.
• Grondstoffen: met unieke Jinan Black Graniet (ook wel 'JinanQing'-graniet genoemd) deeltjes als aggregaat, dat wereldwijd bekend staat om zijn hoge sterkte, hoge stijfheid en hoge slijtvastheid;
• Formule: met de unieke versterkte epoxyharsen en additieven, waarbij verschillende componenten verschillende formuleringen gebruiken om optimale algehele prestaties te garanderen;
• Mechanische eigenschappen: de trillingsdemping is ongeveer 10 keer zo hoog als die van gietijzer, goede statische en dynamische eigenschappen;
• Fysische eigenschappen: de dichtheid is ongeveer een derde van die van gietijzer, betere thermische isolatie-eigenschappen dan metalen, niet hygroscopisch, goede thermische stabiliteit;
• Chemische eigenschappen: hogere corrosiebestendigheid dan metalen, milieuvriendelijk;
• Maatnauwkeurigheid: lineaire krimp na het gieten bedraagt ongeveer 0,1-0,3 cm/m, extreem hoge vorm- en tegendruknauwkeurigheid in alle vlakken;
• Structurele integriteit: zeer complexe constructies kunnen worden gegoten, terwijl het gebruik van natuurlijk graniet doorgaans assemblage, lassen en verlijming vereist;
• Langzame thermische reactie: reageert veel langzamer en in veel mindere mate op kortstondige temperatuurveranderingen;
• Ingebouwde elementen: bevestigingsmiddelen, leidingen, kabels en kamers kunnen in de structuur worden ingebouwd. De materialen voor de inbouwelementen kunnen onder andere metaal, steen, keramiek en kunststof zijn.