En els equips de control numèric CNC, tot i que el granit s'ha convertit en un material important a causa de les seves propietats úniques, els seus inconvenients inherents també poden tenir certs impactes en el rendiment de l'equip, l'eficiència del processament i els costos de manteniment. A continuació, es mostra una anàlisi dels impactes específics que comporten les deficiències del granit des de múltiples dimensions:
En primer lloc, el material és molt fràgil i propens a trencar-se i danyar-se
Inconvenient principal: el granit és una pedra natural i és essencialment un material fràgil amb poca resistència a l'impacte (el valor de resistència a l'impacte és d'aproximadament 1-3 J/cm², que és molt inferior als 20-100 J/cm² dels materials metàl·lics).
Impacte en els equips CNC:
Riscos d'instal·lació i transport: Durant el muntatge o la manipulació de l'equip, si aquest pateix col·lisions o caigudes, els components de granit (com ara les bases i els rails de guia) són propensos a esquerdes o cantonades estellades, cosa que pot provocar fallades de precisió. Per exemple, si la plataforma de granit d'una màquina de mesura de tres coordenades desenvolupa esquerdes ocultes a causa d'un funcionament incorrecte durant la instal·lació, això pot provocar un deteriorament gradual de la planitud durant l'ús a llarg termini, cosa que afecta els resultats de la mesura.
Perills ocults en el procés de processament: quan l'equip CNC es troba amb una sobrecàrrega sobtada (com ara que l'eina xoca amb la peça), els rails de guia de granit o les taules de treball es poden trencar a causa de la incapacitat de suportar la força d'impacte instantània, cosa que pot fer que l'equip s'aturi per manteniment i fins i tot desencadenar una cadena d'errors de precisió.
En segon lloc, l'alta dificultat de processament restringeix el disseny d'estructures complexes
Inconvenients principals: el granit té una duresa elevada (6-7 a l'escala de Mohs) i s'ha de moldre i processar amb eines especials com ara moles de diamant, cosa que resulta en una baixa eficiència de processament (l'eficiència del fresat és només d'1/5 a 1/3 de la dels materials metàl·lics) i el cost de processar superfícies corbes complexes és elevat.
Impacte en els equips CNC:
Limitacions del disseny estructural: Per evitar dificultats de processament, els components de granit solen dissenyar-se en formes geomètriques simples (com ara plaques, guies rectangulars), cosa que dificulta la consecució de cavitats interiors complexes, plaques rigides lleugeres i altres estructures que es poden aconseguir mitjançant fosa/tall amb materials metàl·lics. Això fa que el pes de la base de granit sovint sigui massa gran (10%-20% més pesant que el ferro colat per al mateix volum), cosa que pot augmentar la càrrega general de l'equip i afectar el rendiment de la resposta dinàmica durant el moviment a alta velocitat.
Costos elevats de manteniment i substitució: Quan es produeix desgast o danys locals als components de granit, és difícil reparar-los mitjançant mètodes com la soldadura o el tall. Normalment, cal substituir tot el component i els nous components s'han de tornar a polir i calibrar per obtenir precisió, cosa que provoca un temps d'inactivitat prolongat (una sola substitució pot trigar de 2 a 3 setmanes) i un augment significatiu dels costos de manteniment.
Iii. Incertesa de les textures naturals i els defectes interns
Inconvenient del nucli: com a mineral natural, el granit té fissures internes incontrolables, porus o impureses minerals, i la uniformitat del material de les diferents venes varia molt (la fluctuació de densitat pot arribar a ±5%, la fluctuació del mòdul elàstic ±8%).
Impacte en els equips CNC:
Risc d'estabilitat de precisió: si la zona de processament del component conté esquerdes internes, durant l'ús a llarg termini, les esquerdes es poden expandir a causa de l'estrès, causant deformacions locals i afectant la precisió de l'equip. Per exemple, si els rails de guia de granit d'una rectificadora CNC tenen forats d'aire ocults, poden col·lapsar gradualment sota vibracions d'alta freqüència, provocant un error de rectitud excessiu dels rails de guia.
Diferències de rendiment per lots: Els materials de granit de diferents lots poden experimentar fluctuacions en indicadors clau com el coeficient d'expansió tèrmica i el rendiment d'amortiment a causa de les diferències en la composició mineral, cosa que afecta la consistència de la producció per lots per equip. Per a les línies de producció automatitzades que requereixen la interacció de múltiples dispositius, aquestes diferències poden provocar un augment en la dispersió de la precisió del processament.
En quart lloc, és pesat, cosa que afecta el rendiment dinàmic de l'equip.
Inconvenient del nucli: el granit té una densitat alta (2,6-3,0 g/cm³) i el seu pes és aproximadament 1,2 vegades superior al del ferro colat i 2,5 vegades superior al de l'aliatge d'alumini amb el mateix volum.
Impacte en els equips CNC:
Retard de resposta al moviment: en centres de mecanitzat d'alta velocitat o màquines de cinc eixos, la gran massa de la base de granit augmentarà la inèrcia de càrrega del motor lineal/cargol de guia, cosa que provocarà un retard de resposta dinàmica durant l'acceleració/desacceleració (que pot augmentar el temps d'arrencada-aturada entre un 5% i un 10%), cosa que afectarà l'eficiència del processament.
Augment del consum d'energia: La conducció de components de granit pesat requereix servomotors més potents, cosa que augmenta el consum energètic total de l'equip (les mesures reals mostren que, en les mateixes condicions de treball, el consum d'energia dels equips de base de granit és entre un 8% i un 12% superior al dels equips de ferro colat). L'ús a llarg termini augmentarà els costos de producció.
Cinquè, la capacitat de resistir el xoc tèrmic és limitada
Inconvenient del nucli: Tot i que el granit té un baix coeficient d'expansió tèrmica, la seva conductivitat tèrmica és deficient (amb una conductivitat tèrmica de només 1,5-3,0 W/(m·K), aproximadament 1/10 de la del ferro colat), i els canvis sobtats de temperatura local són propensos a generar estrès tèrmic.
Impacte en els equips CNC:
Problema de diferència de temperatura a la zona de processament: si el fluid de tall erosiona de manera concentrada una zona local de la taula de treball de granit, pot causar un gradient de temperatura (com ara una diferència de temperatura de 5-10 ℃) entre aquesta zona i la zona circumdant, cosa que provocarà una petita deformació tèrmica (la quantitat de deformació pot arribar a 1-3 μm), cosa que afecta la consistència de la precisió del processament de precisió (com ara el rectificat d'engranatges a nivell de micres).
Risc de fatiga tèrmica a llarg termini: En entorns de taller amb arrencades i aturades freqüents o grans diferències de temperatura entre el dia i la nit, els components de granit poden desenvolupar microesquerdes a causa de l'expansió i la contracció tèrmiques repetides, debilitant gradualment la rigidesa estructural.
Data de publicació: 24 de maig de 2025