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 máquinas herramienta
Las máquinas herramienta y otras máquinas de alta precisión dependen de la gran 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 su escasa estabilidad a largo plazo y sus deficientes propiedades de amortiguación, las estructuras de acero rara vez se utilizan donde se requiere alta precisión. El hierro fundido de buena calidad, tratado térmicamente para aliviar tensiones y recocido, proporciona a la estructura estabilidad dimensional y puede moldearse en formas complejas, pero requiere un costoso proceso de mecanizado para obtener superficies de precisión tras 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 de fundición de granito de precisión se producen mezclando áridos de granito (triturados, lavados y secados) con una resina epoxi a temperatura ambiente (proceso de curado en frío). También se puede utilizar cuarzo como relleno. La compactación vibratoria durante el proceso de moldeo compacta firmemente los áridos.
Durante el proceso de fundición se pueden integrar insertos roscados, placas de acero y tuberías de refrigerante. Para lograr una mayor versatilidad, se pueden replicar o fijar mediante mortero guías lineales, correderas 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
Entre sus ventajas se incluyen:
■ Amortiguación de vibraciones.
■ Flexibilidad: se pueden integrar en la base de polímero guías lineales personalizadas, depósitos de fluido hidráulico, insertos roscados, fluido de corte y tuberías de conductos.
■ La inclusión de insertos, etc., permite reducir considerablemente el mecanizado de la pieza fundida terminada.
■ El tiempo de ensamblaje se reduce al incorporar múltiples componentes en una sola pieza fundida.
■ No requiere un espesor de pared uniforme, lo que permite una mayor flexibilidad de diseño de su base.
■ Resistencia química a la mayoría de los disolventes, ácidos, álcalis y fluidos de corte 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 colado de hormigón polimérico compuesto consume mucha menos energía que el colado metálico. Las resinas poliméricas para colado requieren muy poca energía para su producción, y el proceso se realiza a temperatura ambiente.
El material de granito epoxi presenta 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 refrigerantes, posee una excelente estabilidad a largo plazo, una estabilidad térmica mejorada, una elevada rigidez torsional y dinámica, una excelente absorción acústica y tensiones internas mínimas.
Entre sus desventajas se incluyen una baja resistencia en secciones delgadas (menos de 1 pulgada (25 mm)), una baja resistencia a la tracción y una baja resistencia a los impactos.
Introducción a los moldes para 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. Hoy en día, 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.
La fundición mineral, también conocida como material de granito epoxi, se compone de rellenos minerales como grava, arena de cuarzo, polvo 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 con mayor precisión. Sin embargo, las altas velocidades de desplazamiento y el mecanizado de alta exigencia 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 las vibraciones rápidamente: 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 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) ofrece varias ventajas:
- Moldeo y resistencia: El proceso de fundición mineral ofrece una excepcional libertad en cuanto a la forma de los componentes. Las características específicas del material y del proceso dan como resultado una resistencia comparativamente alta y un peso significativamente menor.
- Integración de infraestructuras: El proceso de fundición mineral 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 mecánicas complejas: Lo que sería inconcebible con los procesos convencionales se hace posible con la fundición mineral: Varias piezas componentes pueden ensamblarse para formar estructuras complejas mediante uniones adhesivas.
- Precisión dimensional económica: En muchos casos, los componentes de fundición mineral se moldean con las dimensiones finales debido a que prácticamente no se produce contracción durante el endurecimiento. De esta forma, se pueden eliminar costosos procesos de acabado adicionales.
- Precisión: Se logran superficies de referencia o de apoyo de alta precisión mediante operaciones adicionales de rectificado, conformado o fresado. Como resultado, muchos conceptos de máquinas 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 implica una mejor conservación de la geometría general de la máquina y, por consiguiente, una 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 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. 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 frente a marco de hierro fundido
A continuación se detallan las ventajas de nuestra nueva estructura de fundición mineral frente a la de hierro fundido utilizada anteriormente:
| Fundición de minerales (granito epoxi) | Hierro fundido | |
| Mojadura | Alto | Bajo |
| Rendimiento térmico | Baja conductividad térmica y calor de alta especificación capacidad | Alta conductividad térmica y baja capacidad calorífica |
| 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 bastidor de nuestras máquinas CNC. Ofrece claras ventajas tecnológicas, económicas y medioambientales. Esta tecnología proporciona una excelente amortiguación de vibraciones, alta resistencia química y significativas ventajas térmicas (dilatación térmica similar a la del acero). Elementos de conexión, cables, sensores y 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 máquinas herramienta durante más de 30 años como material estructural.
Según las estadísticas, en Europa, una de cada diez máquinas herramienta utiliza fundiciones minerales como bancada. Sin embargo, el uso de una experiencia inadecuada, información incompleta o incorrecta puede generar desconfianza y prejuicios contra las fundiciones minerales. Por lo tanto, al fabricar equipos nuevos, es necesario analizar las ventajas y desventajas de las fundiciones minerales y compararlas con otros materiales.
La base de la maquinaria de construcción se divide generalmente en hierro fundido, hormigón armado (con polímeros o resinas reactivas), acero/estructuras soldadas (con o sin inyección de lechada) 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 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— respectivamente establecen requisitos de rendimiento (estático, dinámico y térmico), requisitos funcionales/estructurales (precisión, peso, espesor de pared, facilidad de guías) para la instalación de materiales, el sistema de circulación de medios y la 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 —la mínima deformación bajo carga— en lugar de una alta resistencia. Para la deformación elástica estática, las piezas fundidas de minerales pueden considerarse materiales homogéneos e isótropos que obedecen la ley de Hooke.
La densidad y el módulo de elasticidad de las piezas fundidas minerales son, respectivamente, un tercio de los de la fundición de hierro. Dado que ambas piezas tienen la misma rigidez específica, bajo el mismo peso, su rigidez es idéntica, independientemente de la forma. En muchos casos, el espesor de pared de las piezas fundidas minerales suele ser tres veces mayor que el de las piezas de hierro, sin que esto afecte a las propiedades mecánicas del producto. Las piezas fundidas minerales son adecuadas para entornos estáticos sometidos a presión (por ejemplo, bancadas, soportes y columnas), pero no para estructuras de paredes delgadas o pequeñas (por ejemplo, mesas, palets, cambiadores de herramientas, carros y soportes de husillo). El peso de las piezas estructurales suele estar limitado por la maquinaria de los fabricantes, por lo que los productos de fundición mineral que superan las 15 toneladas son poco comunes.
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 incrementan 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 muy afectadas por las propiedades de amortiguación del material.
El uso de fundiciones minerales ofrece una buena solución a estos problemas. Debido a que absorbe las vibraciones 10 veces mejor que el hierro fundido tradicional, puede reducir considerablemente la amplitud y la frecuencia natural.
En operaciones de mecanizado, como el torneado, se logra una mayor precisión, una mejor calidad superficial y una mayor vida útil de la herramienta. Asimismo, en cuanto al impacto acústico, las piezas fundidas de mineral también mostraron un buen desempeño, según la comparación y verificación de bases, transmisiones y accesorios de diferentes materiales para motores y centrífugas de gran tamaño. De acuerdo con el análisis del sonido de impacto, la pieza fundida de mineral permite una reducción local del 20 % en el nivel de presión sonora.
3. Propiedades térmicas
Los expertos estiman que cerca del 80 % de las desviaciones en las máquinas herramienta se deben a efectos térmicos. Las interrupciones del proceso, como las fuentes de calor internas o externas, el precalentamiento y el cambio de piezas, son causas de deformación térmica. Para seleccionar el material óptimo, es necesario definir claramente sus requisitos. El alto calor específico y la baja conductividad térmica de las fundiciones minerales les confieren una buena inercia térmica ante las variaciones transitorias de temperatura (como el cambio de piezas) y las 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 dispositivos de compensación térmica reduce la deformación causada por la temperatura, lo que contribuye a mejorar la precisión a un costo razonable.
II. Requisitos funcionales y estructurales
La integridad es una característica distintiva que diferencia las piezas fundidas de minerales de las 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 de fundición mineral, lo que permite obtener superficies de montaje y rieles precisas que no requieren mecanizado. Al igual que otros materiales base, las piezas de fundición mineral están sujetas a normas de diseño estructural específicas. El espesor de pared, los accesorios de soporte de carga, las inserciones de nervios 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 considerar los aspectos técnicos, la rentabilidad cobra cada vez mayor relevancia. El uso de fundición mineral permite a los ingenieros ahorrar considerablemente 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). Dada la alta funcionalidad de la fundición mineral, debe considerarse como un proyecto integral. De hecho, es más conveniente comparar precios una vez que la base esté instalada o preinstalada. El costo inicial, relativamente alto, corresponde a los moldes y herramientas de fundición mineral, pero este costo se amortiza con el uso a largo plazo (500-1000 piezas por 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. En la actualidad, las fundiciones minerales se utilizan ampliamente en numerosos campos de la máquina herramienta, como rectificadoras y máquinas de 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. Por ejemplo, empresas de renombre mundial como ABA z&b, Bahmler, Jung, Mikrosa, Schaudt y Stude, entre otras, 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 las crecientes cargas dinámicas, las bancadas de fundición mineral son cada vez más apreciadas por las empresas líderes mundiales en el sector de las rectificadoras de herramientas. La bancada de fundición mineral posee una rigidez excelente y absorbe eficazmente la fuerza generada por la aceleración del motor lineal. Asimismo, la combinación de una buena capacidad de absorción de vibraciones y el motor lineal mejora notablemente la calidad superficial de la pieza y prolonga la vida útil de la muela.
En cuanto a la pieza individual, una longitud inferior a 10 000 mm nos resulta fácil.
¿Cuál es el espesor mínimo de la pared?
En general, el espesor mínimo de la base de la máquina debe ser de al menos 60 mm. Se pueden utilizar secciones más delgadas (por ejemplo, de 10 mm de espesor) con granulometrías y formulaciones finas.
La contracción tras el vertido es de aproximadamente 0,1-0,3 mm por cada 1000 mm. Cuando se requieren piezas mecánicas de fundición mineral de mayor precisión, se pueden lograr tolerancias mediante rectificado CNC secundario, lapeado manual u otros procesos de mecanizado.
Para la fundición de minerales, elegimos granito negro natural de Jinan. La mayoría de las empresas optan por granito natural común o piedra normal en 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 únicas y aditivos, 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: su 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 de la fundición es de aproximadamente 0,1-0,3 µm/m, precisión de forma y de contorno 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;
• Elementos empotrados: se pueden empotrar en la estructura fijaciones, tuberías, cables y cámaras; los materiales de los elementos empotrados incluyen metal, piedra, cerámica y plástico, etc.