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 que generan las deficiencias del granito desde diversas 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 quebradizo con poca resistencia al impacto (el valor de resistencia al impacto es de aproximadamente 1-3 J/cm², que es mucho menor 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 golpes o caídas, los componentes de granito (como bases y guías) son propensos a agrietarse o astillarse, lo que provoca fallos de precisión. Por ejemplo, si la plataforma de granito de una máquina de medición tridimensional desarrolla grietas ocultas debido a una instalación incorrecta, esto puede ocasionar un deterioro gradual de la planitud con el uso prolongado, afectando a los resultados de las mediciones.
Peligros ocultos en el proceso de mecanizado: Cuando un equipo CNC sufre una sobrecarga repentina (como la colisión de la herramienta con la pieza de trabajo), las guías o mesas de trabajo de granito pueden romperse debido a la incapacidad de soportar la fuerza del impacto instantáneo, lo que provoca la parada del equipo para su mantenimiento e incluso desencadena una serie de fallos de precisión.
En segundo lugar, la elevada dificultad de procesamiento limita el diseño de estructuras complejas.
Desventajas principales: El granito tiene una dureza elevada (6-7 en la escala de Mohs) y necesita ser pulido y procesado con herramientas especiales como muelas de diamante, lo que resulta en 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 y guías rectangulares), lo que dificulta la creación de cavidades internas complejas, placas rigidizadas ligeras y otras estructuras que se pueden lograr mediante fundición o corte con materiales metálicos. Esto conlleva que la base de granito sea a menudo demasiado pesada (entre un 10 % y un 20 % más que el hierro fundido para el mismo volumen), lo que puede aumentar la carga total del equipo y afectar su respuesta dinámica durante movimientos a alta velocidad.
Altos costos de mantenimiento y reemplazo: Cuando los componentes de granito sufren desgaste o daños localizados, resulta difícil repararlos mediante métodos como la soldadura o el corte. Generalmente, es necesario reemplazar el componente completo, y los nuevos componentes deben rectificarse y calibrarse para garantizar su precisión, lo que conlleva largos periodos de inactividad (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
Principal inconveniente: Como mineral natural, el granito presenta fisuras internas, poros o impurezas minerales incontrolables, y la uniformidad del material de las diferentes vetas varía considerablemente (la fluctuación de la densidad puede alcanzar ±5%, la del módulo elástico ±8%).
Impacto en los equipos CNC:
Riesgo de estabilidad de precisión: Si la zona de mecanizado del componente presenta fisuras internas, durante su uso prolongado, estas pueden expandirse debido a la tensión, provocando deformaciones locales y afectando la precisión del equipo. Por ejemplo, si las guías de granito de una rectificadora CNC tienen poros ocultos, pueden colapsar gradualmente bajo vibraciones de alta frecuencia, lo que resulta en un error de rectitud excesivo en las guías.
Diferencias en el rendimiento entre lotes: Los materiales de granito de diferentes lotes pueden presentar fluctuaciones en indicadores clave como el coeficiente de dilatación térmica y la capacidad de amortiguación, debido a diferencias en su composición mineral. Esto afecta la consistencia de la producción por lotes según el equipo. En líneas de producción automatizadas que requieren la interacción de múltiples dispositivos, estas diferencias pueden incrementar la dispersión en la precisión del procesamiento.
En cuarto lugar, es pesado, lo que afecta al 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 mayor que el del hierro fundido y 2,5 veces mayor que el de la aleación de aluminio en el mismo volumen.
Impacto en los equipos CNC:
Retardo en la respuesta al 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/husillo, lo que provocará un retardo en la respuesta dinámica durante la aceleración/desaceleración (lo que puede aumentar el tiempo de arranque-parada entre un 5% y un 10%), afectando la eficiencia del procesamiento.
Mayor consumo energético: 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 funcionamiento, el consumo energético de los equipos con base de granito es entre un 8 % y un 12 % superior al de los equipos con base de hierro fundido). El uso prolongado aumentará los costes de producción.
Quinto, la capacidad de resistir el choque térmico es limitada.
Desventaja principal: Si bien el granito tiene un bajo coeficiente de expansión térmica, su conductividad térmica es deficiente (con una conductividad térmica de solo 1,5-3,0 W/(m · K), aproximadamente 1/10 de la del hierro fundido), y los cambios bruscos de temperatura locales son propensos a generar tensión térmica.
Impacto en los equipos CNC:
Problema de diferencia de temperatura en el área de procesamiento: Si el fluido de corte erosiona de forma concentrada un área localizada de la mesa de trabajo de granito, puede provocar un gradiente de temperatura (como una diferencia de temperatura de 5-10 ℃) entre esta área y el área circundante, lo que conduce a 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 micras).
Riesgo de fatiga térmica a largo plazo: En entornos de taller 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.
Fecha de publicación: 24 de mayo de 2025