O granito epóxi, também conhecido como granito sintético, é uma mistura de epóxi e granito comumente usada como material alternativo para bases de máquinas-ferramenta. O granito epóxi é utilizado em substituição ao ferro fundido e ao aço por oferecer melhor amortecimento de vibrações, maior vida útil da ferramenta e menor custo de montagem.
Base de máquinas-ferramenta
Máquinas-ferramenta e outras máquinas de alta precisão dependem da alta rigidez, estabilidade a longo prazo e excelentes características de amortecimento do material base para seu desempenho estático e dinâmico. Os materiais mais utilizados para essas estruturas são ferro fundido, estruturas de aço soldadas e granito natural. Devido à falta de estabilidade a longo prazo e às propriedades de amortecimento muito deficientes, as estruturas de aço são raramente utilizadas onde se exige alta precisão. O ferro fundido de boa qualidade, aliviado de tensões e recozido, confere estabilidade dimensional à estrutura e permite a fundição em formatos complexos, mas requer um processo de usinagem dispendioso para a obtenção de superfícies de precisão após a fundição.
O granito natural de boa qualidade está se tornando cada vez mais difícil de encontrar, mas possui uma capacidade de amortecimento superior à do ferro fundido. Assim como no caso do ferro fundido, o processamento do granito natural é trabalhoso e caro.
As peças fundidas de granito de precisão são produzidas misturando agregados de granito (que são triturados, lavados e secos) com um sistema de resina epóxi à temperatura ambiente (ou seja, processo de cura a frio). Agregado de quartzo também pode ser utilizado como enchimento na composição. A compactação vibratória durante o processo de moldagem compacta firmemente o agregado.
Insertos roscados, placas de aço e tubos de refrigeração podem ser incorporados durante o processo de fundição. Para alcançar um grau ainda maior de versatilidade, trilhos lineares, guias de deslizamento retificadas e suportes de motor podem ser replicados ou fixados com argamassa, eliminando assim a necessidade de qualquer usinagem pós-fundição. O acabamento superficial da peça fundida é tão bom quanto o da superfície do molde.
Vantagens e desvantagens
As vantagens incluem:
■ Amortecimento de vibrações.
■ Flexibilidade: guias lineares personalizadas, tanques de fluido hidráulico, insertos roscados, fluido de corte e tubulações podem ser integrados à base de polímero.
■ A inclusão de insertos, etc., permite uma redução significativa na usinagem da peça fundida acabada.
■ O tempo de montagem é reduzido pela incorporação de múltiplos componentes em uma única peça fundida.
■ Não requer uma espessura de parede uniforme, permitindo maior flexibilidade no design da sua base.
■ Resistência química à maioria dos solventes, ácidos, álcalis e fluidos de corte comuns.
■ Não requer pintura.
■O compósito tem uma densidade aproximadamente igual à do alumínio (mas as peças são mais espessas para atingir uma resistência equivalente).
■ O processo de moldagem de concreto polimérico composto utiliza muito menos energia do que as fundições metálicas. As resinas poliméricas utilizadas na moldagem consomem pouca energia para serem produzidas, e o processo de moldagem é realizado à temperatura ambiente.
O material de granito epóxi possui um fator de amortecimento interno até dez vezes superior ao do ferro fundido, até três vezes superior ao do granito natural e até trinta vezes superior ao de estruturas de aço. É imune a fluidos refrigerantes, apresenta excelente estabilidade a longo prazo, estabilidade térmica aprimorada, alta rigidez torsional e dinâmica, excelente absorção de ruído e tensões internas desprezíveis.
As desvantagens incluem baixa resistência em seções finas (menos de 1 polegada (25 mm)), baixa resistência à tração e baixa resistência ao choque.
Introdução às estruturas de fundição mineral
A fundição de minerais é um dos materiais de construção modernos mais eficientes. Os fabricantes de máquinas de precisão estiveram entre os pioneiros na utilização da fundição de minerais. Hoje, seu uso em fresadoras CNC, furadeiras, retificadoras e máquinas de eletroerosão está em ascensão, e as vantagens não se limitam a máquinas de alta velocidade.
A fundição mineral, também conhecida como material epóxi granito, é composta por cargas minerais como cascalho, areia de quartzo, farinha glacial e aglutinantes. O material é misturado de acordo com especificações precisas e vertido a frio nos moldes. Uma base sólida é fundamental para o sucesso!
As máquinas-ferramenta de última geração precisam operar cada vez mais rápido e oferecer maior precisão do que nunca. No entanto, altas velocidades de deslocamento e usinagem pesada geram vibrações indesejáveis na estrutura da máquina. Essas vibrações afetam negativamente a superfície da peça e reduzem a vida útil da ferramenta. Estruturas de fundição mineral reduzem as vibrações rapidamente – cerca de 6 vezes mais rápido do que estruturas de ferro fundido e 10 vezes mais rápido do que estruturas de aço.
Máquinas-ferramenta com leitos de fundição mineral, como fresadoras e retificadoras, são significativamente mais precisas e alcançam uma melhor qualidade de superfície. Além disso, o desgaste da ferramenta é significativamente reduzido e a vida útil é prolongada.
A estrutura de moldagem composta de minerais (granito epóxi) oferece diversas vantagens:
- Moldagem e resistência: O processo de fundição mineral proporciona um grau de liberdade excepcional em relação à forma dos componentes. As características específicas do material e do processo resultam em uma resistência comparativamente alta e um peso significativamente menor.
- Integração de infraestrutura: O processo de fundição mineral permite a fácil integração da estrutura e de componentes adicionais, como guias, insertos roscados e conexões para serviços, durante o próprio processo de fundição.
- Fabricação de estruturas de máquinas complexas: O que seria inconcebível com processos convencionais torna-se possível com a fundição mineral: Diversas peças componentes podem ser montadas para formar estruturas complexas por meio de juntas coladas.
- Precisão dimensional econômica: Em muitos casos, os componentes fundidos em metal são produzidos com as dimensões finais, pois praticamente não ocorre contração durante o endurecimento. Com isso, é possível eliminar processos de acabamento adicionais e dispendiosos.
- Precisão: Superfícies de referência ou de suporte de alta precisão são obtidas por meio de operações adicionais de retificação, conformação ou fresagem. Como resultado, muitos conceitos de máquinas podem ser implementados de forma elegante e eficiente.
- Boa estabilidade térmica: A fundição mineral reage muito lentamente às variações de temperatura, pois sua condutividade térmica é significativamente menor do que a dos materiais metálicos. Por esse motivo, variações de temperatura de curta duração têm uma influência consideravelmente menor na precisão dimensional da máquina-ferramenta. Uma melhor estabilidade térmica da base da máquina significa que a geometria geral da máquina é melhor preservada e, consequentemente, os erros geométricos são minimizados.
- Sem corrosão: Os componentes de fundição mineral são resistentes a óleos, fluidos de refrigeração e outros líquidos agressivos.
- Maior amortecimento de vibrações para uma vida útil mais longa das ferramentas: nossa fundição mineral atinge valores de amortecimento de vibrações até 10 vezes superiores aos do aço ou do ferro fundido. Graças a essas características, obtém-se uma estabilidade dinâmica extremamente alta da estrutura da máquina. Os benefícios para fabricantes e usuários de máquinas-ferramenta são evidentes: melhor qualidade de acabamento superficial dos componentes usinados ou retificados e maior vida útil das ferramentas, resultando em custos de ferramental reduzidos.
- Meio ambiente: O impacto ambiental durante a fabricação é reduzido.
Moldura de fundição mineral versus moldura de ferro fundido
Veja abaixo as vantagens da nossa nova estrutura de fundição mineral em comparação com a estrutura de ferro fundido usada anteriormente:
| Fundição Mineral (Granito Epóxi) | Ferro fundido | |
| Amortecimento | Alto | Baixo |
| Desempenho térmico | Baixa condutividade térmica e calor de alta especificação capacidade | Alta condutividade térmica e baixa especificação. capacidade térmica |
| Peças embutidas | Design ilimitado e Molde de uma peça e conexão perfeita | Usinagem necessária |
| Resistência à corrosão | Extra alto | Baixo |
| Ambiental Simpatia | Baixo consumo de energia | Alto consumo de energia |
Conclusão
A fundição mineral é ideal para as estruturas de nossas máquinas CNC. Ela oferece claras vantagens tecnológicas, econômicas e ambientais. A tecnologia de fundição mineral proporciona excelente amortecimento de vibrações, alta resistência química e vantagens térmicas significativas (expansão térmica semelhante à do aço). Elementos de conexão, cabos, sensores e sistemas de medição podem ser todos fundidos diretamente na estrutura.
Quais são os benefícios do centro de usinagem com leito de granito para fundição mineral?
Os moldes minerais (granito artificial, também conhecido como concreto de resina) são amplamente aceitos na indústria de máquinas-ferramenta há mais de 30 anos como material estrutural.
Segundo as estatísticas, na Europa, uma em cada dez máquinas-ferramenta utiliza fundição mineral como base. No entanto, o uso de experiência inadequada, informações incompletas ou incorretas pode levar à desconfiança e ao preconceito contra a fundição mineral. Portanto, ao projetar novos equipamentos, é necessário analisar as vantagens e desvantagens da fundição mineral e compará-las com outros materiais.
A base de máquinas de construção é geralmente dividida em ferro fundido, concreto moldado in loco (polímero e/ou resina reativa), aço/estrutura soldada (com ou sem injeção de argamassa) e pedra natural (como granito). Cada material possui características próprias, e não existe um material estrutural perfeito. Somente examinando as vantagens e desvantagens do material de acordo com os requisitos estruturais específicos, é possível selecionar o material estrutural ideal.
As duas funções importantes dos materiais estruturais são garantir a geometria, a posição e a absorção de energia dos componentes, estabelecendo, respectivamente, requisitos de desempenho (desempenho estático, dinâmico e térmico), requisitos funcionais/estruturais (precisão, peso, espessura da parede, facilidade de uso de trilhos-guia) para instalação de materiais, sistema de circulação de fluidos, logística e requisitos de custo (preço, quantidade, disponibilidade, características do sistema).
I. Requisitos de desempenho para materiais estruturais
1. Características estáticas
O critério para medir as propriedades estáticas de uma base geralmente é a rigidez do material — deformação mínima sob carga, em vez de alta resistência. Para deformação elástica estática, as peças fundidas em minerais podem ser consideradas materiais homogêneos isotrópicos que obedecem à lei de Hooke.
A densidade e o módulo de elasticidade das peças fundidas em minerais são, respectivamente, 1/3 dos do ferro fundido. Como as peças fundidas em minerais e as peças fundidas em ferro têm a mesma rigidez específica, sob o mesmo peso, a rigidez das peças fundidas em ferro e das peças fundidas em minerais é a mesma, independentemente da influência da forma. Em muitos casos, a espessura da parede das peças fundidas em minerais é geralmente 3 vezes maior que a das peças fundidas em ferro, e esse projeto não causa problemas em termos de propriedades mecânicas do produto ou da peça fundida. As peças fundidas em minerais são adequadas para trabalhar em ambientes estáticos que suportam pressão (por exemplo, bases, suportes, colunas) e não são adequadas para estruturas de paredes finas e/ou pequenas (por exemplo, mesas, paletes, trocadores de ferramentas, carros, suportes de fusos). O peso das peças estruturais geralmente é limitado pelo equipamento dos fabricantes de peças fundidas em minerais, e produtos de peças fundidas em minerais com mais de 15 toneladas são geralmente raros.
2. Características dinâmicas
Quanto maior a velocidade de rotação e/ou aceleração do eixo, mais importante se torna o desempenho dinâmico da máquina. O posicionamento rápido, a troca rápida de ferramentas e o avanço em alta velocidade intensificam continuamente a ressonância mecânica e a excitação dinâmica das peças estruturais da máquina. Além do projeto dimensional do componente, a deflexão, a distribuição de massa e a rigidez dinâmica do componente são fortemente influenciadas pelas propriedades de amortecimento do material.
O uso de peças fundidas em minerais oferece uma boa solução para esses problemas. Por absorver vibrações 10 vezes melhor do que o ferro fundido tradicional, pode reduzir significativamente a amplitude e a frequência natural.
Em operações de usinagem, como torneamento, proporciona maior precisão, melhor qualidade de superfície e maior vida útil da ferramenta. Ao mesmo tempo, em termos de impacto sonoro, as peças fundidas em minério também apresentaram bom desempenho, comprovado pela comparação e verificação de bases, peças de transmissão e acessórios de diferentes materiais para grandes motores e centrífugas. De acordo com a análise de ruído de impacto, as peças fundidas em minério podem alcançar uma redução local de 20% no nível de pressão sonora.
3. Propriedades térmicas
Especialistas estimam que cerca de 80% dos desvios em máquinas-ferramenta são causados por efeitos térmicos. Interrupções no processo, como fontes de calor internas ou externas, pré-aquecimento, troca de peças, etc., são causas de deformação térmica. Para selecionar o melhor material, é necessário esclarecer os requisitos do material. O alto calor específico e a baixa condutividade térmica conferem às peças fundidas em minério boa inércia térmica a influências de temperatura transitórias (como a troca de peças) e flutuações da temperatura ambiente. Se for necessário um pré-aquecimento rápido, como em uma mesa metálica, ou se a temperatura da mesa for proibida, dispositivos de aquecimento ou resfriamento podem ser fundidos diretamente na peça mineral para controlar a temperatura. O uso desse tipo de dispositivo de compensação de temperatura pode reduzir a deformação causada pela influência da temperatura, o que ajuda a melhorar a precisão a um custo razoável.
II. Requisitos funcionais e estruturais
A integridade é uma característica distintiva que diferencia as peças fundidas em minerais de outros materiais. A temperatura máxima de fundição para peças fundidas em minerais é de 45°C e, com moldes e ferramentas de alta precisão, é possível fundir peças e peças fundidas em minerais simultaneamente.
Técnicas avançadas de refundição também podem ser utilizadas em peças fundidas em minério, resultando em superfícies de montagem e trilhos precisas que não requerem usinagem. Assim como outros materiais de base, as peças fundidas em minério estão sujeitas a regras específicas de projeto estrutural. A espessura da parede, os acessórios de suporte de carga, os insertos de reforço, os métodos de carga e descarga diferem, em certa medida, de outros materiais e precisam ser considerados antecipadamente durante a fase de projeto.
III. Requisitos de custo
Embora seja importante considerar o ponto de vista técnico, a relação custo-benefício vem demonstrando cada vez mais sua relevância. O uso de peças fundidas em metal permite que os engenheiros economizem significativamente nos custos de produção e operação. Além da redução nos custos de usinagem, os custos de fundição, montagem final e logística (armazenagem e transporte) também são reduzidos. Considerando a alta funcionalidade das peças fundidas em metal, o projeto deve ser analisado como um todo. De fato, é mais sensato comparar os preços quando a base já está instalada ou pré-instalada. O custo inicial relativamente alto se refere aos moldes e ferramentas para fundição em metal, mas esse custo pode ser diluído com o uso a longo prazo (500-1000 peças/molde de aço), e o consumo anual gira em torno de 10 a 15 peças.
IV. Âmbito de utilização
Como material estrutural, as peças fundidas em minerais estão substituindo constantemente os materiais estruturais tradicionais, e a chave para seu rápido desenvolvimento reside na fundição em minerais, nos moldes e nas estruturas de ligação estáveis. Atualmente, as peças fundidas em minerais são amplamente utilizadas em diversos setores de máquinas-ferramenta, como retificadoras e usinagem de alta velocidade. Os fabricantes de retificadoras têm sido pioneiros no setor de máquinas-ferramenta ao utilizar peças fundidas em minerais para as bases das máquinas. Por exemplo, empresas mundialmente renomadas como ABA z&b, Bahmler, Jung, Mikrosa, Schaudt, Stude, etc., sempre se beneficiaram do amortecimento, da inércia térmica e da integridade das peças fundidas em minerais para obter alta precisão e excelente qualidade superficial no processo de retificação.
Com cargas dinâmicas cada vez maiores, as bases de fundição mineral têm sido cada vez mais utilizadas por empresas líderes mundiais no setor de retificadoras de ferramentas. A base de fundição mineral possui excelente rigidez e elimina eficazmente a força causada pela aceleração do motor linear. Ao mesmo tempo, a combinação perfeita entre o bom desempenho de absorção de vibrações e o motor linear melhora significativamente a qualidade da superfície da peça e a vida útil do rebolo.
Quanto à peça única, comprimentos de até 10.000 mm são fáceis para nós.
Qual é a espessura mínima da parede?
Em geral, a espessura mínima da base da máquina deve ser de pelo menos 60 mm. Seções mais finas (por exemplo, 10 mm de espessura) podem ser moldadas com agregados de granulometria e formulação mais finas.
A taxa de contração após a fundição é de aproximadamente 0,1 a 0,3 mm por 1000 mm. Quando são necessárias peças mecânicas fundidas em minerais com maior precisão, as tolerâncias podem ser alcançadas por meio de retificação CNC secundária, lapidação manual ou outros processos de usinagem.
Nosso material para fundição mineral é o granito preto natural de Jinan. A maioria das empresas opta por granito natural comum ou pedra comum na construção civil.
• Matérias-primas: com partículas exclusivas de granito preto de Jinan (também chamado de granito 'JinanQing') como agregado, mundialmente famoso por sua alta resistência, alta rigidez e alta resistência ao desgaste;
• Fórmula: com resinas epóxi reforçadas exclusivas e aditivos, diferentes componentes utilizam formulações distintas para garantir um desempenho abrangente ideal;
• Propriedades mecânicas: a absorção de vibrações é cerca de 10 vezes maior que a do ferro fundido, apresentando boas propriedades estáticas e dinâmicas;
• Propriedades físicas: densidade cerca de 1/3 da do ferro fundido, propriedades de barreira térmica superiores às dos metais, não higroscópico, boa estabilidade térmica;
• Propriedades químicas: maior resistência à corrosão do que os metais, ecologicamente correto;
• Precisão dimensional: a contração linear após a fundição é de cerca de 0,1 a 0,3 mm/m, com altíssima precisão de forma e contra-relevo em todos os planos;
• Integridade estrutural: estruturas muito complexas podem ser moldadas, enquanto o uso de granito natural geralmente requer montagem, emenda e colagem;
• Reação térmica lenta: reage a mudanças de temperatura de curto prazo de forma muito mais lenta e em menor quantidade;
• Inserções embutidas: fixadores, tubos, cabos e câmaras podem ser embutidos na estrutura, utilizando materiais como metal, pedra, cerâmica e plástico, entre outros.