ミネラルキャスティング vs.花崗岩 vs.鋳鉄：精密工作機械の母材比較

鉱物鋳物 vs. 花崗岩 vs. 鋳鉄：精密工作機械の母材の比較

精密工作機械のベースは、機械の精度、作業速度、形状の保持時間を決定します。この分野では、鉱物鋳物、天然花崗岩、鋳鉄の 3 つの素材が主流です。比較するエンジニア鉱物鋳造通常、2 つの従来の素材を使用するかどうかが購入の決定点となるため、この記事では、重要な特性に関してそれらを比較します。精密機械基材：振動減衰、熱安定性、剛性、リードタイム、コスト構造、製造容易性。目標は、一人の勝者を表彰することではありません。これは、材料をマシン、量、精度の目標に適合させるために、トレードオフを明確にするためです。-

早見表

値は一般的な商用グレードの典型的な範囲です。グレードが異なるため、購入する特定の材料についてはサプライヤーにデータシートをリクエストしてください。

ミネラルキャスト: ダンピングとデザインの自由度

鉱物鋳物は、エポキシ花崗岩またはポリマー コンクリートとも呼ばれ、エポキシ マトリックスに結合された段階的な石材骨材の混合物です。その特徴的な特性は減衰です。複合材料の内部摩擦は鋳鉄よりも約 6 ～ 10 倍優れた振動を吸収します。これにより、各軸が移動した後の整定時間が直接短縮され、ワー​​クピースの表面仕上げが向上します。研削盤、測定機、高速フライス加工プラットフォームの場合、これは多くの場合、生産速度でミクロン レベルの公差を保持できるか否かの違いとなります。-

2 番目の利点は、設計の自由度です。材料は溶融状態で流し込まれるのではなく室温で鋳造されるため、金型はケーブル導管、油圧チャネル、鋼製ねじ付きインサート、センサーマウント、レベリング機能をベースに直接組み込むことができます。壁の厚さは、鉄鋳物を悩ませる冷却の問題なしに大きく変えることができ、鋳造されたままの表面は密閉できるほど滑らかです。-重量も実用的な利点です。鋳鉄の約 3 分の 1 の密度である鉱物鋳造ベースにより、輸送コスト、基礎要件、ガントリー軸上の移動質量が削減されます。{4}}

制限は現実のものです。比剛性は中程度であるため、非常に長いスパンには生の数値が示すよりも多くの材料またはリブが必要です。使用温度はエポキシマトリックスによって制限され、通常は鉄が許容する温度よりもかなり低く、これは高温プロセスの近くでは重要です。機械加工中の材料除去率には限界があるため、ほとんどのフィーチャーは後から機械加工するのではなく、金型内に設計する必要があります。また、プロトタイプの場合、金型のコストは 1 つの部品にかかるため、一回限りのものではなく、小規模シリーズ以降では鉱物鋳造が経済的に合理的です。-

花崗岩: 熱安定性と平坦性が持続

天然花崗岩は、平坦性と長期安定性が中心的な要件である基準材料として引き続き使用されます。{0}}熱膨張係数は摂氏 1 度あたりおよそ 5 ～ 8 x 10^-6 で、3 つの中で最も低く、地下で数千年を経た後、石は寸法的に緩和されます。鋳造したばかりの材料のようにドリフトすることはありません。ラップされた花崗岩の表面は、DIN 876 および ASME B89.3.7 で定義された平坦度クラスに達しており、これに適合する鋳放し材料はありません。そのため、計測フレーム、エア ベアリング ガイドウェイ、および光学取り付けテーブルには依然として主に花崗岩が使用されています。

花崗岩の弱点はその強みを反映しています。重いため、取り扱いやフレームのコストが高くなります。フィーチャーはドリルして挿入する必要があります。チャンネルのキャストインはありません。-リードタイムは、金型の製作ではなく、ブロックの入手可能性とラッピング時間によって決まります。また、同一部品を大量に製造する場合、鋳造や成型の代替品がスケールダウンしても、単価は基本的に横ばいになります。また、花崗岩は延性ではなく脆くなるため、使用時にはエッジの保護と衝撃規律が重要になります。

実際には、花崗岩と鉱物鋳造は頻繁に組み合わされます。つまり、花崗岩の基準面が鉱物鋳造フレームに接着またはボルト止めされるため、ガイドウェイは花崗岩の安定性を継承し、構造は複合材料の減衰と軽量を継承します。

鋳鉄: それでも意味のあるベースライン

鋳鉄を時代遅れとして無視すべきではありません。その弾性率は、同じ形状の 3 つの中で最も高く、高温環境や激しい衝撃に耐え、鉄部品の機械加工サプライ チェーンは業界で最も深いです。大きな切りくず負荷、熱衝撃、または乱暴な取り扱いを伴う工作機械にとって、鉄は依然として合理的なデフォルトであり、その減衰は鉱物鋳造よりもはるかに低いものの、1 世紀にわたって機械製造業者を満足させてきました。

コストは別のところで発生します。鉄ベースの重さは約 7.2 g/cm3 で、移動、加速、輸送するには重いです。熱勾配によって鉄が変形します。スピンドルやドライブからの熱が材料を通って移動し、構造が湾曲します。そのため、精密製鉄機械ではウォームアップ サイクルと熱誤差の補正が必要になることがよくあります。-また、新しい鉄鋳物は、3 つの方法で比較した場合、リードタイムが最も長くなります。これは、パターン作成と鋳物工場のスケジュール設定が遅く、機械加工の後半で表面に砂の混入欠陥が依然として認識されている品質リスクであるためです。{6}}

工作機械に合わせた選び方

まずは精密ドライバーから。機械の制限要因が振動、チップジェット研削、高速フライス加工、または計測の再現性である場合、通常、鉱物鋳造の制振はそれ自体で十分に役に立ちます。制限要因が時間と温度の経過に伴う形状、エア ベアリング ステージ、ウェーハ検査、またはゲージ フレームである場合は、花崗岩が最適です。環境が熱的に荒かったり、機械的に過酷な場合、または設計で最小断面で最大の剛性が必要な場合、鋳鉄は競争力を維持します。

次に、生産量と工具コストを比較検討します。ワンオフまたはプロトタイプは、ほとんどの場合、花崗岩か鉄で作られます。どちらも型が必要ないためです。-一連の 50 以上の同一のベースは、金型の償却が早く、鋳造サイクルが短い鉱物鋳造に有利です。最後に、利用可能な床荷重、クレーンの能力、周囲温度範囲、ボルトオンのアクセサリとして追加される統合チャネルが設計に必要かどうかなど、実際的な制約を早めに確認してください。-

よくある仕様ミスは、単にキログラムあたりの価格だけで材料を比較することです。ベースのコストはシステム コストです。ベースが軽いと、フレーム、基礎、輸送が縮小します。統合されたチャネルにより、購入ラインが不要になります。ダンピングによりスピンドルのスクラップが減少します。このように引用されているように、鉱物鋳造は、精度の向上が計られる前に、鉄との差を縮めることがよくあります。

よくある質問

鉱物鋳造は鋳鉄と同じくらい硬いですか?

同一の形状では、いいえ、鋳鉄の方が弾性率が高くなります。鉱物鋳造は、金型に設計された断面の厚さとリブで補償します。実際には、特に研削盤や測定機の場合、剛性の違いよりも減衰の利点が達成可能な精度に重要となるのが通常です。

機械のベース全体を御影石で作ってみませんか？

計測の場合、-構造のみが可能であり、多くの構造は可能です。工作機械には、統合されたクーラントチャネル、多数のインサート、大量の複雑な外形など、花崗岩では経済的に提供できない機能が必要です。そのため、ハイブリッド設計、つまり鉱物鋳造またはスチールフレームの花崗岩の基準面がますます一般的になっています。

鉱物鋳造ベースの製造にはどれくらいの時間がかかりますか?

型が完成した後、鋳造と硬化には通常数日から数週間かかり、型自体の複雑さに応じて通常は数週間かかります。新しい機械プログラムの場合、金型はスケジュールの重要な項目であるため、開始する前に設計を凍結してください。-

長年にわたり最も精度を維持できる素材はどれですか?

花崗岩は、完全に緩和された天然石であり、3 つの中で最も熱膨張が低いため、最も強力な長期安定性の記録を持っています。{0}鉱物鋳物はその温度範囲内で安定しており、鋳鉄は形状をよく保持しますが、熱勾配の影響を最も受けやすいため、新しい鋳物の応力除去が必要です-。

ベースのマテリアルレビューをリクエストする

材料の選択は、テーブル上の実際の図面を使用して決定するのが最も簡単です。お問い合わせページから基本設計、精度目標、年間生産量を送信すると、エンジニアリング チームは、どの材料またはそのハイブリッドがアプリケーションに適合するかを、リードタイムとコストの目安とともに検討します。中国の営業時間内であれば、WhatsApp を通じて同じチームに対応し、実現可能性についての簡単な質問に応じることができます。あるデータシートを別のデータシートと比較することが始まりです。実際にプロジェクトを決定するのは、それらをマシンのエラー バジェットと比較することです。