El granito epoxi, también conocido como granito sintético, es una mezcla de epoxi y granito que se utiliza comúnmente como material alternativo para bases de máquinas herramienta. Se utiliza en lugar de hierro fundido y acero para una mejor amortiguación de vibraciones, una mayor vida útil de la herramienta y un menor costo de ensamblaje.
Base de máquina herramienta
Las máquinas herramienta y otras máquinas de alta precisión dependen de la alta rigidez, la estabilidad a largo plazo y las excelentes características 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 las bajas propiedades de amortiguación, las estructuras de acero rara vez se utilizan cuando se requiere alta precisión. El hierro fundido de buena calidad, con alivio de tensiones y recocido, proporciona estabilidad dimensional a la estructura y puede moldearse en formas complejas, pero requiere un costoso proceso de mecanizado para obtener superficies precisas después de la fundición.
El granito natural de buena calidad es cada vez más difícil de encontrar, pero tiene una mayor capacidad de amortiguación que el hierro fundido. Al igual que con el hierro fundido, el mecanizado del granito natural requiere mucha mano de obra y es costoso.
Las piezas fundidas de granito de precisión se producen mezclando agregados de granito (triturados, lavados y secados) con un sistema de resina epoxi a temperatura ambiente (es decir, mediante un proceso de curado en frío). También se puede utilizar relleno de agregado de cuarzo en la composición. La compactación vibratoria durante el proceso de moldeo compacta el agregado firmemente.
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 inyectar rieles lineales, guías de deslizamiento rectificadas y soportes de motor, eliminando así la necesidad de mecanizado posterior. El acabado superficial de la pieza fundida es tan bueno como el del molde.
Ventajas y desventajas
Las ventajas incluyen:
■ Amortiguación de vibraciones.
■ Flexibilidad: caminos lineales personalizados, tanques de fluido hidráulico, insertos roscados, fluido de corte y tuberías de conducción se pueden integrar en la base de polímero.
■ La inclusión de insertos, etc., permite reducir considerablemente el mecanizado de la pieza fundida terminada.
■ El tiempo de montaje se reduce al incorporar múltiples componentes en una sola pieza.
■ No requiere un espesor de pared uniforme, lo que permite una mayor flexibilidad de diseño de su base.
■ Resistencia química a los solventes, ácidos, álcalis y fluidos de corte más comunes.
■ No requiere pintura.
■El compuesto tiene una densidad aproximadamente igual a la del aluminio (pero las piezas son más gruesas para lograr una resistencia equivalente).
El proceso de fundición de hormigón polimérico compuesto consume mucha menos energía que las piezas fundidas metálicas. Las resinas poliméricas de fundición consumen muy poca energía para su producción y el proceso de fundición se realiza a temperatura ambiente.
El granito epoxi tiene un factor de amortiguamiento interno 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. Es resistente a los refrigerantes, presenta una excelente estabilidad a largo plazo, una estabilidad térmica mejorada, alta rigidez torsional y dinámica, excelente absorción de ruido y tensiones internas insignificantes.
Las desventajas incluyen baja resistencia en secciones delgadas (menos de 1 pulgada (25 mm)), baja resistencia a la tracción y baja resistencia a los golpes.
Una introducción a los marcos de fundición mineral
La fundición mineral es uno de los materiales de construcción modernos más eficientes. Los fabricantes de maquinaria de precisión fueron pioneros en su uso. Hoy en día, su uso en fresadoras CNC, taladros de columna, rectificadoras y electroerosionadoras está en auge, y sus ventajas no se limitan a las máquinas de alta velocidad.
La fundición mineral, también conocida como material de granito epoxi, se compone de rellenos 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 la clave del éxito!
Las máquinas herramienta de vanguardia deben funcionar cada vez más rápido y ofrecer mayor precisión que nunca. Sin embargo, las altas velocidades de desplazamiento y el mecanizado intensivo producen vibraciones indeseadas en el bastidor de la máquina. Estas vibraciones tienen efectos negativos en la superficie de la pieza y acortan la vida útil de la herramienta. Los bastidores de fundición mineral reducen rápidamente las vibraciones: aproximadamente 6 veces más rápido que los de hierro fundido y 10 veces más rápido que los de acero.
Las máquinas herramienta con lechos de fundición mineral, como fresadoras y rectificadoras, son mucho más precisas y logran una mejor calidad superficial. Además, el desgaste de la herramienta se reduce significativamente y su vida útil se prolonga.
El marco de fundición de mineral compuesto (granito epoxi) aporta varias ventajas:
- Conformación 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 resultan en una resistencia comparativamente alta y un peso significativamente menor.
- Integración de infraestructura: El proceso de fundición mineral permite la integración sencilla de la estructura y de componentes adicionales como guías, insertos roscados y conexiones para servicios, durante el proceso de fundición propiamente dicho.
- Fabricación de estructuras de máquinas complejas: Lo que sería impensable con los procesos convencionales se hace posible con la fundición mineral: varios componentes se pueden ensamblar para formar estructuras complejas mediante uniones encoladas.
- Precisión dimensional económica: En muchos casos, los componentes de fundición mineral se moldean a las dimensiones finales, ya que prácticamente no se produce contracción durante el endurecimiento. Esto permite eliminar costosos procesos de acabado.
- Precisión: Se consiguen superficies de referencia o de apoyo de alta precisión mediante operaciones de rectificado, conformado o fresado. Gracias a ello, se pueden implementar numerosos conceptos de máquina 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 ello, los cambios de temperatura a corto plazo tienen una influencia significativamente menor en la precisión dimensional de la máquina herramienta. Una mejor estabilidad térmica de la bancada de la máquina implica un mejor mantenimiento de la geometría general de la máquina y, en consecuencia, la minimización de los errores geométricos.
- Sin corrosión: los componentes de fundición mineral son resistentes a aceites, refrigerantes y otros líquidos agresivos.
- Mayor amortiguación de vibraciones para una mayor vida útil de las herramientas: nuestra fundición mineral alcanza valores de amortiguación de vibraciones hasta 10 veces mejores que el acero o la fundición gris. Gracias a estas características, se obtiene una estabilidad dinámica extremadamente alta de la estructura de la máquina. Las ventajas para los fabricantes y usuarios de máquinas herramienta son evidentes: mejor calidad del acabado superficial de los componentes mecanizados o rectificados y mayor vida útil de las herramientas, lo que se traduce en menores costes de utillaje.
- Medio ambiente: Se reduce el impacto ambiental durante la fabricación.
Marco de fundición mineral vs. marco de hierro fundido
Vea a continuación los beneficios de nuestro nuevo marco de fundición mineral frente al de hierro fundido utilizado 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 |
| Piezas integradas | Diseño ilimitado y Molde de una sola pieza y conexión perfecta | Mecanizado necesario |
| 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 nuestros bastidores de máquinas CNC. Ofrece claras ventajas tecnológicas, económicas y medioambientales. La tecnología de fundición mineral proporciona una excelente amortiguación de vibraciones, alta resistencia química y significativas ventajas térmicas (dilatación térmica similar a la del acero). Los elementos de conexión, cables, sensores y sistemas de medición se pueden verter en el conjunto.
¿Cuáles son los beneficios del centro de mecanizado de lecho de granito de fundición mineral?
Las piezas fundidas minerales (granito artificial, también conocido como hormigón de resina) han sido ampliamente aceptadas en la industria de las máquinas-herramientas durante más de 30 años como material estructural.
Según las estadísticas, en Europa, una de cada diez máquinas herramienta utiliza fundición mineral como base. Sin embargo, la experiencia inadecuada o la información incompleta o incorrecta pueden generar sospechas 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 compararla con otros materiales.
La base de la maquinaria de construcción generalmente se divide en hierro fundido, hormigón mineral (polímero o resina reactiva), estructura de acero/soldada (con o sin lechada) y piedra natural (como el granito). Cada material tiene sus propias características, y no existe un material estructural perfecto. Solo examinando las ventajas y desventajas del 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 guía de carriles para la instalación de materiales, sistema de circulación de medios, logística) y requisitos de coste (precio, cantidad, disponibilidad, características del sistema).
I. Requisitos de rendimiento de los 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 una alta resistencia. Para la deformación elástica estática, las piezas fundidas minerales pueden considerarse materiales homogéneos isótropos que cumplen la ley de Hooke.
La densidad y el módulo elástico de las piezas fundidas minerales son, respectivamente, 1/3 de los de la fundición de hierro. Dado que las piezas fundidas minerales y las de hierro fundido tienen la misma rigidez específica, con 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, camas, soportes, columnas) y no son adecuadas para estructuras de paredes delgadas o pequeñas (por ejemplo, mesas, palés, 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 fundición mineral de más de 15 toneladas son generalmente poco comunes.
2. Características dinámicas
Cuanto mayor sea la velocidad de rotación o la aceleración del eje, mayor será la importancia del rendimiento dinámico de la máquina. El posicionamiento rápido, la sustitución rápida 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 componente se ven considerablemente afectadas por las propiedades de amortiguación del material.
El uso de fundición mineral ofrece una buena solución a estos problemas. Al absorber las vibraciones diez veces mejor que la fundición tradicional, puede reducir considerablemente la amplitud y la frecuencia natural.
En operaciones de mecanizado, como el mecanizado de precisión, se logra una mayor precisión, una mejor calidad superficial y una mayor vida útil de la herramienta. Asimismo, en términos de impacto acústico, las piezas de fundición mineral también obtuvieron buenos resultados al comparar y verificar bases, piezas de transmisión y accesorios de diferentes materiales para motores grandes y centrífugas. Según el análisis de impacto acústico, la fundición mineral puede lograr una reducción local del 20 % en el nivel de presión acústica.
3. Propiedades térmicas
Los expertos estiman que aproximadamente el 80% de las desviaciones en las máquinas herramienta se deben a efectos térmicos. Las interrupciones del proceso, como fuentes de calor internas o externas, el precalentamiento y el cambio de piezas, son causas de deformación térmica. Para seleccionar el mejor material, es necesario definir sus requisitos. Su alto calor específico y baja conductividad térmica permiten que las piezas de fundición mineral presenten una buena inercia térmica ante las influencias transitorias de temperatura (como el cambio de piezas) y las fluctuaciones de la temperatura ambiente. Si se requiere un precalentamiento rápido, como en un lecho metálico, o si la temperatura del lecho no es la adecuada, se pueden incorporar directamente dispositivos de calentamiento o enfriamiento en la pieza de fundición mineral para controlar la temperatura. Este tipo de dispositivo de compensación de temperatura puede reducir la deformación causada por la influencia de la temperatura, lo que ayuda a mejorar la precisión a un coste razonable.
II. Requisitos funcionales y estructurales
La integridad es una característica distintiva que distingue a las fundiciones minerales de otros materiales. La temperatura máxima de fundición para las fundiciones minerales es de 45 °C, y con moldes y herramientas de alta precisión, es posible fundir piezas y fundiciones minerales conjuntamente.
También se pueden utilizar técnicas avanzadas de refundición en piezas brutas de fundición mineral, lo que da como resultado superficies de montaje y rieles precisos que no requieren mecanizado. Al igual que otros materiales base, las piezas de fundición mineral están sujetas a normas específicas de diseño estructural. El espesor de pared, los accesorios 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 es cada vez más importante. El uso de piezas fundidas minerales permite a los ingenieros ahorrar significativamente en costos de producción y operación. Además de ahorrar en costos de mecanizado, se reducen los costos de fundición, ensamblaje final y logística (almacenamiento y transporte). Considerando la función de alto nivel de las piezas fundidas minerales, debe considerarse como un proyecto integral. De hecho, es más razonable hacer una comparación de precios cuando la base está instalada o preinstalada. El costo inicial relativamente alto corresponde al costo de los moldes y herramientas de fundición mineral, pero este costo puede reducirse con el uso a largo plazo (500-1000 piezas/molde de acero), y el consumo anual es de aproximadamente 10-15 piezas.
IV. Ámbito de uso
Como material estructural, las fundiciones 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 fundiciones minerales se han utilizado ampliamente en diversos campos de la máquina herramienta, como rectificadoras y mecanizado de alta velocidad. Los fabricantes de rectificadoras han sido pioneros en el sector de la máquina herramienta en el uso de fundiciones 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 fundiciones minerales para obtener alta precisión y una excelente calidad superficial en el proceso de rectificado.
Ante el aumento constante de las cargas dinámicas, las fundiciones minerales son cada vez más populares entre las empresas líderes mundiales en rectificadoras de herramientas. El lecho de fundición mineral ofrece una excelente rigidez y puede absorber eficazmente la fuerza causada por la aceleración del motor lineal. Al mismo tiempo, la combinación de una buena absorción de vibraciones y un motor lineal mejora considerablemente la calidad superficial de la pieza y la vida útil de la muela.
En cuanto a la pieza individual, con una longitud de 10 000 mm, nos resulta fácil.
¿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. Secciones más delgadas (p. ej., 10 mm de espesor) pueden moldearse con tamaños y formulaciones de áridos finos.
La tasa de contracción tras el vertido es de aproximadamente 0,1-0,3 mm por 1000 mm. Cuando se requieren piezas mecánicas de fundición mineral más precisas, se pueden lograr tolerancias 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 optan por el granito natural o la piedra común para la construcción de edificios.
· 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, buenas propiedades estáticas y dinámicas;
· Propiedades físicas: la densidad es de aproximadamente 1/3 de la del hierro fundido, propiedades de barrera térmica más altas que los metales, no higroscópico, buena estabilidad térmica;
· Propiedades químicas: mayor resistencia a la corrosión que los metales, respetuoso con el medio ambiente;
· Precisión dimensional: la contracción lineal después de la fundición es de aproximadamente 0,1-0,3㎜/m, precisión de forma y contrarresto extremadamente alta en todos los planos;
· Integridad estructural: se pueden moldear 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 de forma mucho más lenta y en menor medida;
· Insertos empotrados: se pueden empotrar sujetadores, tuberías, cables y cámaras en la estructura, insertos de materiales que incluyen metal, piedra, cerámica y plástico, etc.