El granito epoxi, también conocido como granito sintético, es una mezcla de epoxi y granito que se utiliza comúnmente como material alternativo para las bases de máquinas herramienta. Se emplea en lugar de hierro fundido y acero para una mejor amortiguación de vibraciones, una mayor vida útil de la herramienta y un menor coste de montaje.
Base de la máquina herramienta
Las máquinas herramienta y otras máquinas de alta precisión dependen de la alta rigidez, la estabilidad a largo plazo y las excelentes propiedades de amortiguación del material base para su rendimiento estático y dinámico. Los materiales más utilizados para estas estructuras son el hierro fundido, las estructuras de acero soldadas y el granito natural. Debido a la falta de estabilidad a largo plazo y a sus deficientes propiedades de amortiguación, las estructuras de acero rara vez se utilizan donde se requiere alta precisión. El hierro fundido de buena calidad, sometido a un tratamiento térmico de alivio de tensiones y recocido, proporciona estabilidad dimensional a la estructura y permite la fundición en formas complejas, pero requiere un costoso proceso de mecanizado para obtener superficies de precisión tras la fundición.
Cada vez es más difícil encontrar granito natural de buena calidad, pero tiene una mayor capacidad de amortiguación que el hierro fundido. Sin embargo, al igual que con el hierro fundido, el mecanizado del granito natural requiere mucha mano de obra y es costoso.
Las piezas de granito de precisión se fabrican mezclando agregados de granito (triturados, lavados y secados) con un sistema de resina epoxi a temperatura ambiente (proceso de curado en frío). También se puede utilizar relleno de agregado de cuarzo en la composición. La compactación por vibración durante el proceso de moldeo compacta firmemente los agregados.
Durante el proceso de fundición, se pueden incorporar insertos roscados, placas de acero y tuberías de refrigerante. Para lograr una mayor versatilidad, se pueden replicar o fijar con mortero guías lineales, guías de deslizamiento rectificadas y soportes de motor, eliminando así la necesidad de mecanizado posterior a la fundición. El acabado superficial de la pieza fundida es tan bueno como el del molde.
Ventajas y desventajas
Las ventajas incluyen:
■ Amortiguación de vibraciones.
■ Flexibilidad: en la base de polímero se pueden integrar guías lineales personalizadas, depósitos de fluido hidráulico, insertos roscados, fluido de corte y tuberías de conducto.
■ La inclusión de insertos, etc., permite reducir considerablemente el mecanizado de la pieza fundida terminada.
■ El tiempo de montaje se reduce al incorporar varios componentes en una sola pieza fundida.
■ No requiere un espesor de pared uniforme, lo que permite una mayor flexibilidad de diseño para la base.
■ Resistencia química a la mayoría de los disolventes, ácidos, álcalis y fluidos de corte comunes.
■ No requiere pintura.
■El material compuesto tiene una densidad aproximadamente igual a la del aluminio (pero las piezas son más gruesas para lograr una resistencia equivalente).
■ El proceso de moldeo de hormigón polimérico compuesto utiliza mucha menos energía que el moldeo de metales. Las resinas poliméricas moldeadas requieren muy poca energía para su producción, y el proceso de moldeo se realiza a temperatura ambiente.
El material de granito epoxi tiene un factor de amortiguación interna hasta diez veces superior al del hierro fundido, hasta tres veces superior al del granito natural y hasta treinta veces superior al de las estructuras de acero. No se ve afectado por los refrigerantes, posee una excelente estabilidad a largo plazo, una estabilidad térmica mejorada, una alta rigidez torsional y dinámica, una excelente absorción acústica y tensiones internas prácticamente nulas.
Entre sus desventajas se incluyen la baja resistencia en secciones delgadas (menos de 25 mm), la baja resistencia a la tracción y la baja resistencia a los golpes.
Introducción a los marcos de fundición de minerales
La fundición mineral es uno de los materiales de construcción modernos más eficientes. Los fabricantes de maquinaria de precisión fueron pioneros en su uso. Actualmente, su aplicación en fresadoras CNC, taladros, rectificadoras y máquinas de electroerosión está en auge, y sus ventajas no se limitan a las máquinas de alta velocidad.
El material de fundición mineral, también conocido como granito epoxi, se compone de cargas minerales como grava, arena de cuarzo, harina glacial y aglutinantes. El material se mezcla según especificaciones precisas y se vierte en frío en los moldes. ¡Una base sólida es fundamental para el éxito!
Las máquinas herramienta de última generación deben funcionar cada vez más rápido y ofrecer mayor precisión. Sin embargo, las altas velocidades de desplazamiento y el mecanizado intensivo generan vibraciones indeseadas en la estructura de la máquina. Estas vibraciones afectan negativamente la superficie de la pieza y reducen la vida útil de la herramienta. Las estructuras de fundición mineral reducen rápidamente las vibraciones: aproximadamente seis veces más rápido que las de hierro fundido y diez veces más rápido que las de acero.
Las máquinas herramienta con bancadas de fundición mineral, como las fresadoras y rectificadoras, son significativamente más precisas y logran una mejor calidad superficial. Además, el desgaste de la herramienta se reduce considerablemente y su vida útil se prolonga.
El marco de fundición de mineral compuesto (granito epoxi) ofrece varias ventajas:
- Moldeado y resistencia: El proceso de fundición mineral ofrece una libertad excepcional en cuanto a la forma de los componentes. Las características específicas del material y del proceso dan como resultado una resistencia relativamente alta y un peso significativamente menor.
- Integración de la infraestructura: El proceso de fundición de minerales permite la integración sencilla de la estructura y componentes adicionales, como guías, insertos roscados y conexiones para servicios, durante el propio proceso de fundición.
- La fabricación de estructuras de máquinas complejas: Lo que sería inconcebible con los procesos convencionales se vuelve posible con la fundición de minerales: Varias piezas componentes pueden ensamblarse para formar estructuras complejas mediante uniones adhesivas.
- Precisión dimensional económica: En muchos casos, los componentes de fundición mineral se funden con las dimensiones finales, ya que prácticamente no se produce contracción durante el endurecimiento. De este modo, se eliminan procesos de acabado adicionales que resultan costosos.
- Precisión: Se consiguen superficies de referencia o de apoyo de alta precisión mediante operaciones adicionales de rectificado, conformado o fresado. Gracias a ello, muchos conceptos de maquinaria pueden implementarse de forma elegante y eficiente.
- Buena estabilidad térmica: La fundición mineral reacciona muy lentamente a los cambios de temperatura debido a que su conductividad térmica es significativamente menor que la de los materiales metálicos. Por esta razón, las variaciones de temperatura a corto plazo influyen mucho menos en la precisión dimensional de la máquina herramienta. Una mayor estabilidad térmica de la bancada de la máquina implica un mejor mantenimiento de su geometría general y, en consecuencia, se minimizan los errores geométricos.
- Sin corrosión: Los componentes de fundición mineral son resistentes a los aceites, refrigerantes y otros líquidos agresivos.
- Mayor amortiguación de vibraciones para una vida útil más prolongada de las herramientas: nuestra fundición mineral logra valores de amortiguación de vibraciones hasta 10 veces superiores a los del acero o el hierro fundido. Gracias a estas características, se obtiene una estabilidad dinámica extremadamente alta de la estructura de la máquina. Los beneficios para los fabricantes y usuarios de máquinas herramienta son evidentes: mejor calidad del acabado superficial de los componentes mecanizados o rectificados y una mayor vida útil de las herramientas, lo que reduce los costes de utillaje.
- Medio ambiente: Se reduce el impacto ambiental durante la fabricación.
Marco de fundición mineral frente a marco de hierro fundido
A continuación se muestran las ventajas de nuestra nueva estructura de fundición mineral frente a la estructura de hierro fundido utilizada anteriormente:
| Fundición mineral (granito epoxi) | Hierro fundido | |
| Mojadura | Alto | Bajo |
| Rendimiento térmico | Baja conductividad térmica y calor de alta especificación capacidad | Alta conductividad térmica y capacidad calorífica de baja especificación |
| Partes incrustadas | Diseño ilimitado y Molde de una sola pieza y conexión perfecta | Se requiere mecanizado |
| Resistencia a la corrosión | Extra alto | Bajo |
| Ambiental Amabilidad | Bajo consumo de energía | Alto consumo de energía |
Conclusión
La fundición mineral es ideal para las estructuras de bastidores de nuestras máquinas CNC. Ofrece claras ventajas tecnológicas, económicas y medioambientales. La tecnología de fundición mineral proporciona una excelente amortiguación de vibraciones, alta resistencia química y ventajas térmicas significativas (dilatación térmica similar a la del acero). Los elementos de conexión, los cables, los sensores y los sistemas de medición pueden integrarse en el conjunto mediante fundición.
¿Cuáles son las ventajas del centro de mecanizado con bancada de granito para fundición de minerales?
Las piezas fundidas de minerales (granito artificial, también conocido como hormigón de resina) han sido ampliamente aceptadas en la industria de la máquina herramienta durante más de 30 años como material estructural.
Según las estadísticas, en Europa, una de cada diez máquinas herramienta utiliza fundición mineral como bancada. Sin embargo, la falta de experiencia, la información incompleta o incorrecta pueden generar desconfianza y prejuicios contra la fundición mineral. Por lo tanto, al fabricar nuevos equipos, es necesario analizar las ventajas y desventajas de la fundición mineral y compararlas con otros materiales.
La base de la maquinaria de construcción se divide generalmente en hierro fundido, fundición mineral (hormigón polimérico y/o de resina reactiva), acero/estructuras soldadas (con o sin inyección de mortero) y piedra natural (como el granito). Cada material tiene sus propias características y no existe un material estructural perfecto. Solo analizando las ventajas y desventajas de cada material según los requisitos estructurales específicos, se puede seleccionar el material estructural ideal.
Las dos funciones importantes de los materiales estructurales —garantizar la geometría, la posición y la absorción de energía de los componentes— plantean, respectivamente, requisitos de rendimiento (rendimiento estático, dinámico y térmico), requisitos funcionales/estructurales (precisión, peso, espesor de pared, facilidad de guías) para la instalación de materiales, sistema de circulación de fluidos, logística) y requisitos de coste (precio, cantidad, disponibilidad, características del sistema).
I. Requisitos de rendimiento para materiales estructurales
1. Características estáticas
El criterio para medir las propiedades estáticas de una base suele ser la rigidez del material: mínima deformación bajo carga, en lugar de alta resistencia. Para la deformación elástica estática, las fundiciones minerales pueden considerarse materiales isótropos y homogéneos que obedecen la ley de Hooke.
La densidad y el módulo elástico de las piezas fundidas minerales son, respectivamente, un tercio de los del hierro fundido. Dado que las piezas fundidas minerales y el hierro fundido tienen la misma rigidez específica, bajo el mismo peso, la rigidez de las piezas fundidas de hierro y las piezas fundidas minerales es la misma sin considerar la influencia de la forma. En muchos casos, el espesor de pared de diseño de las piezas fundidas minerales suele ser tres veces mayor que el de las piezas fundidas de hierro, y este diseño no causará ningún problema en términos de propiedades mecánicas del producto o la pieza fundida. Las piezas fundidas minerales son adecuadas para trabajar en entornos estáticos que soportan presión (por ejemplo, bancadas, soportes, columnas) y no son adecuadas como estructuras de paredes delgadas o pequeñas (por ejemplo, mesas, paletas, cambiadores de herramientas, carros, soportes de husillo). El peso de las piezas estructurales suele estar limitado por el equipo de los fabricantes de piezas fundidas minerales, y los productos de piezas fundidas minerales de más de 15 toneladas son generalmente raros.
2. Características dinámicas
Cuanto mayor sea la velocidad de rotación y/o la aceleración del eje, mayor será la importancia del rendimiento dinámico de la máquina. El posicionamiento rápido, el cambio rápido de herramientas y el avance a alta velocidad refuerzan continuamente la resonancia mecánica y la excitación dinámica de las piezas estructurales de la máquina. Además del diseño dimensional del componente, la deflexión, la distribución de masa y la rigidez dinámica del mismo se ven considerablemente afectadas por las propiedades de amortiguación del material.
El uso de piezas fundidas de materiales minerales ofrece una buena solución a estos problemas. Al absorber las vibraciones diez veces mejor que el hierro fundido tradicional, puede reducir considerablemente la amplitud y la frecuencia natural.
En operaciones de mecanizado, como el mecanizado, se puede lograr mayor precisión, mejor calidad superficial y mayor vida útil de la herramienta. Asimismo, en términos de impacto acústico, las piezas fundidas de mineral también obtuvieron buenos resultados en la comparación y verificación de bases, piezas fundidas de transmisión y accesorios de diferentes materiales para motores grandes y centrifugadoras. Según el análisis de impacto acústico, la pieza fundida de mineral puede lograr una reducción local del 20 % en el nivel de presión sonora.
3. Propiedades térmicas
Los expertos estiman que alrededor del 80 % de las desviaciones en las máquinas herramienta se deben a efectos térmicos. Las interrupciones del proceso, como las causadas por fuentes de calor internas o externas, el precalentamiento y el cambio de piezas, provocan deformaciones térmicas. Para seleccionar el material óptimo, es necesario definir claramente sus requisitos. Su alto calor específico y baja conductividad térmica permiten que las fundiciones minerales presenten una buena inercia térmica frente a variaciones transitorias de temperatura (como el cambio de piezas) y fluctuaciones de la temperatura ambiente. Si se requiere un precalentamiento rápido, como en el caso de una bancada metálica, o si la temperatura de la bancada está restringida, se pueden integrar dispositivos de calentamiento o enfriamiento directamente en la fundición mineral para controlar la temperatura. El uso de este tipo de dispositivo de compensación de temperatura reduce la deformación causada por la temperatura, lo que contribuye a mejorar la precisión a un coste razonable.
II. Requisitos funcionales y estructurales
La integridad es una característica distintiva que diferencia las piezas fundidas de minerales de otros materiales. La temperatura máxima de fundición para las piezas fundidas de minerales es de 45 °C, y con moldes y herramientas de alta precisión, es posible fundir piezas y piezas fundidas de minerales simultáneamente.
También se pueden utilizar técnicas avanzadas de refundición en piezas en bruto de fundición mineral, lo que da como resultado superficies de montaje y rieles precisas que no requieren mecanizado. Al igual que otros materiales base, las piezas de fundición mineral están sujetas a reglas de diseño estructural específicas. El espesor de la pared, los accesorios de soporte de carga, los insertos de nervaduras y los métodos de carga y descarga difieren en cierta medida de los de otros materiales y deben considerarse con antelación durante el diseño.
III. Requisitos de costos
Si bien es importante considerarlo desde un punto de vista técnico, la rentabilidad cobra cada vez más relevancia. El uso de piezas fundidas de minerales permite a los ingenieros ahorrar significativamente en costos de producción y operación. Además de reducir los costos de mecanizado, fundición, ensamblaje final y los crecientes costos logísticos (almacenamiento y transporte), también disminuyen. Dada la funcionalidad de alto nivel de las piezas fundidas de minerales, conviene considerarlas como un proyecto integral. De hecho, es más conveniente realizar una comparación de precios una vez instalada o preinstalada la base. El costo inicial, relativamente alto, corresponde a los moldes y herramientas para la fundición de minerales, pero este costo se diluye con el uso a largo plazo (500-1000 piezas por molde de acero), y el consumo anual ronda las 10-15 piezas.
IV. Ámbito de uso
Como material estructural, las piezas fundidas minerales están reemplazando constantemente a los materiales estructurales tradicionales, y la clave de su rápido desarrollo reside en la fundición mineral, los moldes y las estructuras de unión estables. Actualmente, las piezas fundidas minerales se utilizan ampliamente en numerosos campos de la maquinaria, como las rectificadoras y el mecanizado de alta velocidad. Los fabricantes de rectificadoras han sido pioneros en el sector de la maquinaria al utilizar piezas fundidas minerales para bancadas de máquinas. Por ejemplo, empresas de renombre mundial como ABA z&b, Bahmler, Jung, Mikrosa, Schaudt, Stude, etc., siempre se han beneficiado de la amortiguación, la inercia térmica y la integridad de las piezas fundidas minerales para obtener alta precisión y excelente calidad superficial en el proceso de rectificado.
Ante las crecientes cargas dinámicas, las fundiciones minerales son cada vez más populares entre las empresas líderes mundiales en el sector de las rectificadoras de herramientas. La bancada de fundición mineral ofrece una excelente rigidez y absorbe eficazmente la fuerza generada por la aceleración del motor lineal. Asimismo, la combinación de una buena absorción de vibraciones y el motor lineal mejora notablemente la calidad superficial de la pieza y la vida útil de la muela abrasiva.
En cuanto a la pieza individual, para nosotros es fácil trabajar con longitudes inferiores a 10000 mm.
¿Cuál es el espesor mínimo de la pared?
En general, el espesor mínimo de la sección de la base de la máquina debe ser de al menos 60 mm. Se pueden fabricar secciones más delgadas (por ejemplo, de 10 mm de espesor) con agregados de tamaño y formulación finos.
La tasa de contracción después del vertido es de aproximadamente 0,1-0,3 mm por cada 1000 mm. Cuando se requieren piezas mecánicas de fundición mineral más precisas, las tolerancias se pueden lograr mediante rectificado CNC secundario, lapeado manual u otros procesos de mecanizado.
Nuestro material de fundición mineral es el granito negro natural de Jinan. La mayoría de las empresas simplemente eligen granito natural común o piedra común para la construcción.
• Materias primas: con partículas únicas de granito negro de Jinan (también llamado granito 'JinanQing') como agregado, que es mundialmente famoso por su alta resistencia, alta rigidez y alta resistencia al desgaste;
· Fórmula: con resinas epoxi reforzadas y aditivos únicos, diferentes componentes que utilizan diferentes formulaciones para garantizar un rendimiento integral óptimo;
· Propiedades mecánicas: la absorción de vibraciones es aproximadamente 10 veces mayor que la del hierro fundido, con buenas propiedades estáticas y dinámicas;
· Propiedades físicas: la densidad es aproximadamente 1/3 de la del hierro fundido, posee propiedades de barrera térmica superiores a las de los metales, no es higroscópico y tiene buena estabilidad térmica;
· Propiedades químicas: mayor resistencia a la corrosión que los metales, respetuoso con el medio ambiente;
· Precisión dimensional: la contracción lineal después del moldeo es de aproximadamente 0,1-0,3 mm/m, con una precisión de forma y contrapeso extremadamente alta en todos los planos;
· Integridad estructural: se pueden fundir estructuras muy complejas, mientras que el uso de granito natural generalmente requiere ensamblaje, empalme y unión;
· Reacción térmica lenta: reacciona a los cambios de temperatura a corto plazo mucho más lentamente y en mucha menor medida;
· Inserciones integradas: se pueden integrar elementos de fijación, tuberías, cables y cámaras en la estructura, utilizando materiales como metal, piedra, cerámica y plástico, entre otros.