En los equipos de control numérico CNC, si bien el granito se ha convertido en un material importante debido a sus propiedades únicas, sus inconvenientes inherentes también pueden afectar el rendimiento del equipo, la eficiencia del procesamiento y los costos de mantenimiento. A continuación, se presenta un análisis de los impactos específicos derivados de las deficiencias del granito desde múltiples perspectivas:
En primer lugar, el material es muy frágil y propenso a romperse y dañarse.
Desventaja principal: El granito es una piedra natural y es esencialmente un material frágil con poca tenacidad al impacto (el valor de tenacidad al impacto es de aproximadamente 1-3 J/cm², que es mucho más bajo que los 20-100 J/cm² de los materiales metálicos).
Impacto en los equipos CNC:
Riesgos de instalación y transporte: Durante el montaje o la manipulación del equipo, si este sufre una colisión o caída, los componentes de granito (como bases y rieles guía) son propensos a agrietarse o astillarse en las esquinas, lo que puede provocar fallos de precisión. Por ejemplo, si la plataforma de granito de una máquina de medición de tres coordenadas presenta grietas ocultas debido a un manejo inadecuado durante la instalación, esto puede provocar un deterioro gradual de la planitud con el uso prolongado, lo que afecta a los resultados de la medición.
Peligros ocultos en el proceso de procesamiento: Cuando el equipo CNC se enfrenta a una sobrecarga repentina (como cuando la herramienta choca con la pieza de trabajo), los rieles guía de granito o las mesas de trabajo pueden romperse debido a la incapacidad de soportar la fuerza de impacto instantánea, lo que provoca que el equipo se apague para mantenimiento e incluso desencadena una cadena de fallas de precisión.
En segundo lugar, la alta dificultad de procesamiento restringe el diseño de estructuras complejas.
Desventajas principales: El granito tiene una dureza alta (6-7 en la escala de Mohs), y necesita ser molido y procesado con herramientas especiales como muelas de diamante, lo que da como resultado una baja eficiencia de procesamiento (la eficiencia de fresado es solo 1/5 a 1/3 de la de los materiales metálicos), y el costo de procesar superficies curvas complejas es alto.
Impacto en los equipos CNC:
Limitaciones del diseño estructural: Para evitar dificultades de procesamiento, los componentes de granito suelen diseñarse con formas geométricas simples (como placas o rieles guía rectangulares), lo que dificulta la creación de cavidades internas complejas, placas rigidizadas ligeras y otras estructuras que pueden lograrse mediante fundición o corte con materiales metálicos. Esto provoca que el peso de la base de granito sea a menudo excesivo (entre un 10 % y un 20 % mayor que el del hierro fundido para el mismo volumen), lo que puede aumentar la carga total del equipo y afectar la respuesta dinámica durante el movimiento a alta velocidad.
Altos costos de mantenimiento y reemplazo: Cuando se produce desgaste o daño local en los componentes de granito, es difícil repararlos mediante métodos como soldadura o corte. Generalmente, es necesario reemplazar todo el componente, y los nuevos componentes deben rectificarse y calibrarse para garantizar su precisión, lo que resulta en un tiempo de inactividad prolongado (un solo reemplazo puede tardar de 2 a 3 semanas) y un aumento significativo en los costos de mantenimiento.
iii. Incertidumbre de las texturas naturales y defectos internos
Desventaja principal: como mineral natural, el granito tiene fisuras internas incontrolables, poros o impurezas minerales, y la uniformidad del material de las diferentes vetas varía mucho (la fluctuación de densidad puede alcanzar ± 5%, la fluctuación del módulo elástico ± 8%).
Impacto en los equipos CNC:
Riesgo de estabilidad de precisión: Si el área de procesamiento del componente presenta grietas internas, durante el uso prolongado, estas pueden expandirse debido a la tensión, causando deformación local y afectando la precisión del equipo. Por ejemplo, si los rieles guía de granito de una rectificadora CNC presentan orificios de aire ocultos, pueden colapsar gradualmente bajo vibración de alta frecuencia, lo que resulta en un error de rectitud excesivo en los rieles guía.
Diferencias en el rendimiento de los lotes: Los materiales de granito de diferentes lotes pueden experimentar fluctuaciones en indicadores clave como el coeficiente de expansión térmica y el rendimiento de amortiguación debido a las diferencias en la composición mineral, lo que afecta la consistencia de la producción por lotes con los equipos. En las líneas de producción automatizadas que requieren la interacción de múltiples dispositivos, estas diferencias pueden aumentar la dispersión de la precisión del procesamiento.
En cuarto lugar, es pesado, lo que afecta el rendimiento dinámico del equipo.
Desventaja principal: El granito tiene una alta densidad (2,6-3,0 g/cm³) y su peso es aproximadamente 1,2 veces el del hierro fundido y 2,5 veces el de la aleación de aluminio bajo el mismo volumen.
Impacto en los equipos CNC:
Retraso en la respuesta de movimiento: en centros de mecanizado de alta velocidad o máquinas de cinco ejes, la gran masa de la base de granito aumentará la inercia de carga del motor lineal/tornillo guía, lo que provocará un retraso en la respuesta dinámica durante la aceleración/desaceleración (que puede aumentar el tiempo de inicio y parada entre un 5% y un 10%), lo que afecta la eficiencia del procesamiento.
Mayor consumo de energía: El accionamiento de componentes pesados de granito requiere servomotores más potentes, lo que incrementa el consumo energético total del equipo (mediciones reales muestran que, en las mismas condiciones de trabajo, el consumo de energía de los equipos con base de granito es entre un 8 % y un 12 % superior al de los equipos de hierro fundido). El uso prolongado incrementará los costos de producción.
Cinco, la capacidad de resistir el choque térmico es limitada.
Desventaja principal: aunque el granito tiene un coeficiente de expansión térmica bajo, su conductividad térmica es pobre (con una conductividad térmica de solo 1,5-3,0 W/(m · K), aproximadamente 1/10 de la del hierro fundido) y los cambios repentinos de temperatura local son propensos a generar estrés térmico.
Impacto en los equipos CNC:
Problema de diferencia de temperatura en el área de procesamiento: si el fluido de corte erosiona de manera concentrada un área local de la mesa de trabajo de granito, puede causar un gradiente de temperatura (como una diferencia de temperatura de 5 a 10 ℃) entre esta área y el área circundante, lo que genera una deformación térmica menor (la cantidad de deformación puede alcanzar 1-3 μm), lo que afecta la consistencia de la precisión del procesamiento de precisión (como el rectificado de engranajes a nivel de micrones).
Riesgo de fatiga térmica a largo plazo: en entornos de talleres con arranques y paradas frecuentes o grandes diferencias de temperatura entre el día y la noche, los componentes de granito pueden desarrollar microfisuras debido a la expansión y contracción térmica repetidas, debilitando gradualmente la rigidez estructural.
Hora de publicación: 24 de mayo de 2025