Epoxidgranit, auch als synthetischer Granit bekannt, ist eine Mischung aus Epoxid und Granit und wird häufig als alternatives Material für Werkzeugmaschinensockel verwendet. Epoxidgranit wird anstelle von Gusseisen und Stahl verwendet, um eine bessere Schwingungsdämpfung, eine längere Werkzeuglebensdauer und geringere Montagekosten zu gewährleisten.
Werkzeugmaschinenbasis
Werkzeugmaschinen und andere hochpräzise Maschinen sind für ihre statische und dynamische Leistung auf hohe Steifigkeit, Langzeitstabilität und hervorragende Dämpfungseigenschaften des Grundmaterials angewiesen. Die am häufigsten verwendeten Materialien für diese Konstruktionen sind Gusseisen, geschweißte Stahlkonstruktionen und Naturgranit. Aufgrund mangelnder Langzeitstabilität und sehr schlechter Dämpfungseigenschaften werden Stahlkonstruktionen selten dort eingesetzt, wo hohe Präzision erforderlich ist. Hochwertiges, spannungsarm geglühtes und spannungsarmes Gusseisen verleiht der Konstruktion Dimensionsstabilität und kann in komplexe Formen gegossen werden. Allerdings ist nach dem Gießen ein aufwendiger Bearbeitungsprozess zur Herstellung präziser Oberflächen erforderlich.
Hochwertiger Naturgranit ist immer schwieriger zu finden, weist aber eine höhere Dämpfungskapazität als Gusseisen auf. Wie bei Gusseisen ist auch die Bearbeitung von Naturgranit arbeitsintensiv und teuer.
Präzisionsgussteile aus Granit werden durch Mischen von Granitzuschlagstoffen (zerkleinert, gewaschen und getrocknet) mit einem Epoxidharzsystem bei Raumtemperatur (Kalthärtung) hergestellt. Auch Quarzzuschlagstoffe können in der Zusammensetzung enthalten sein. Durch Vibrationsverdichtung während des Formprozesses werden die Zuschlagstoffe dicht zusammengepresst.
Gewindeeinsätze, Stahlplatten und Kühlmittelrohre können während des Gussprozesses eingegossen werden. Für noch mehr Flexibilität können Linearschienen, geschliffene Gleitbahnen und Motorhalterungen repliziert oder eingegossen werden, wodurch eine nachträgliche Bearbeitung entfällt. Die Oberflächengüte des Gussteils entspricht der Formoberfläche.
Vorteile und Nachteile
Zu den Vorteilen gehören:
■ Schwingungsdämpfung.
■ Flexibilität: Kundenspezifische Linearführungen, Hydraulikflüssigkeitstanks, Gewindeeinsätze, Schneidflüssigkeit und Rohrleitungen können alle in die Polymerbasis integriert werden.
■ Durch die Einbindung von Einsätzen usw. ist eine deutlich geringere Bearbeitung des fertigen Gussteils möglich.
■ Durch die Integration mehrerer Komponenten in ein Gussteil wird die Montagezeit reduziert.
■ Erfordert keine einheitliche Wandstärke, was eine größere Flexibilität bei der Gestaltung Ihrer Basis ermöglicht.
■ Chemische Beständigkeit gegenüber den meisten gängigen Lösungsmitteln, Säuren, Basen und Schneidflüssigkeiten.
■ Muss nicht gestrichen werden.
■Verbundwerkstoffe haben eine Dichte, die in etwa der von Aluminium entspricht (die Teile sind jedoch dicker, um eine gleichwertige Festigkeit zu erreichen).
■ Das Gießverfahren für Verbundpolymerbeton verbraucht wesentlich weniger Energie als Metallgussteile. Die Herstellung von Polymergießharzen erfordert sehr wenig Energie und der Gießvorgang erfolgt bei Raumtemperatur.
Epoxid-Granit hat einen bis zu zehnmal besseren inneren Dämpfungsfaktor als Gusseisen, bis zu dreimal besser als natürlicher Granit und bis zu dreißigmal besser als Stahlkonstruktionen. Es ist unempfindlich gegenüber Kühlmitteln, verfügt über eine ausgezeichnete Langzeitstabilität, verbesserte thermische Stabilität, hohe Torsions- und dynamische Steifigkeit, hervorragende Schallabsorption und vernachlässigbare innere Spannungen.
Zu den Nachteilen zählen die geringe Festigkeit in dünnen Abschnitten (weniger als 1 Zoll (25 mm)), die geringe Zugfestigkeit und die geringe Stoßfestigkeit.
Einführung in Mineralgussrahmen
Mineralguss zählt zu den effizientesten und modernsten Baumaterialien. Hersteller von Präzisionsmaschinen gehörten zu den Pionieren in der Anwendung von Mineralguss. Heute erfreut er sich zunehmender Beliebtheit bei CNC-Fräsmaschinen, Bohrmaschinen, Schleifmaschinen und Funkenerosionsmaschinen, und die Vorteile beschränken sich nicht nur auf Hochgeschwindigkeitsmaschinen.
Mineralguss, auch Epoxid-Granit-Werkstoff genannt, besteht aus mineralischen Füllstoffen wie Kies, Quarzsand, Gesteinsmehl und Bindemitteln. Das Material wird nach genauen Vorgaben gemischt und kalt in die Formen gegossen. Ein solides Fundament ist die Basis für den Erfolg!
Moderne Werkzeugmaschinen müssen immer schneller laufen und präziser arbeiten. Hohe Verfahrgeschwindigkeiten und schwere Zerspanungsarbeiten führen jedoch zu unerwünschten Vibrationen des Maschinenrahmens. Diese Vibrationen wirken sich negativ auf die Werkstückoberfläche aus und verkürzen die Werkzeugstandzeit. Mineralgussrahmen reduzieren Vibrationen schnell – etwa sechsmal schneller als Gusseisenrahmen und zehnmal schneller als Stahlrahmen.
Werkzeugmaschinen mit Mineralgussbetten, wie beispielsweise Fräs- und Schleifmaschinen, arbeiten deutlich präziser und erzielen eine bessere Oberflächengüte. Zudem wird der Werkzeugverschleiß deutlich reduziert und die Standzeit erhöht.
Der Gussrahmen aus Mineralverbundwerkstoff (Epoxid-Granit) bietet mehrere Vorteile:
- Formgebung und Festigkeit: Das Mineralgussverfahren bietet einen außergewöhnlichen Freiheitsgrad hinsichtlich der Formgebung der Bauteile. Die spezifischen Material- und Verfahrenseigenschaften führen zu einer vergleichsweise hohen Festigkeit bei deutlich geringerem Gewicht.
- Integration der Infrastruktur: Das Mineralgussverfahren ermöglicht die einfache Integration der Struktur und zusätzlicher Komponenten wie Führungen, Gewindeeinsätze und Anschlüsse für Versorgungsleitungen während des eigentlichen Gussprozesses.
- Herstellung komplexer Maschinenstrukturen: Was mit herkömmlichen Verfahren undenkbar wäre, wird mit Mineralguss möglich: Mehrere Einzelteile lassen sich durch Klebeverbindungen zu komplexen Strukturen zusammenfügen.
- Wirtschaftliche Maßgenauigkeit: Mineralgussteile werden oft auf Endmaß gegossen, da beim Aushärten praktisch keine Schwindung auftritt. Dadurch entfallen weitere, teure Nachbearbeitungen.
- Präzision: Durch zusätzliche Schleif-, Umform- oder Fräsoperationen werden hochpräzise Referenz- oder Auflageflächen erreicht. Dadurch lassen sich viele Maschinenkonzepte elegant und effizient umsetzen.
- Gute thermische Stabilität: Mineralguss reagiert sehr langsam auf Temperaturänderungen, da die Wärmeleitfähigkeit deutlich geringer ist als bei metallischen Werkstoffen. Kurzzeitige Temperaturschwankungen haben daher deutlich weniger Einfluss auf die Maßgenauigkeit der Werkzeugmaschine. Eine bessere thermische Stabilität eines Maschinenbetts bedeutet, dass die Gesamtgeometrie der Maschine besser erhalten bleibt und dadurch Geometriefehler minimiert werden.
- Keine Korrosion: Mineralguss-Komponenten sind beständig gegen Öle, Kühlmittel und andere aggressive Flüssigkeiten.
- Höhere Schwingungsdämpfung für längere Werkzeugstandzeiten: Unser Mineralguss erreicht bis zu zehnmal bessere Schwingungsdämpfungswerte als Stahl oder Gusseisen. Dank dieser Eigenschaften wird eine extrem hohe dynamische Stabilität der Maschinenstruktur erreicht. Die Vorteile für Werkzeugmaschinenbauer und -anwender liegen auf der Hand: bessere Oberflächengüte der bearbeiteten oder geschliffenen Bauteile und längere Werkzeugstandzeiten, was zu geringeren Werkzeugkosten führt.
- Umwelt: Die Umweltbelastung bei der Herstellung wird reduziert.
Mineralgussrahmen vs. Gusseisenrahmen
Nachfolgend sehen Sie die Vorteile unseres neuen Mineralgusses gegenüber dem bisher verwendeten Gusseisenrahmen:
| Mineralguss (Epoxid-Granit) | Gusseisen | |
| Dämpfung | Hoch | Niedrig |
| Wärmeleistung | Geringe Wärmeleitfähigkeit und hochspez. Wärme Kapazität | Hohe Wärmeleitfähigkeit und niedrige spez. Wärmekapazität |
| Eingebettete Teile | Unbegrenztes Design und Einteilige Form und nahtlose Verbindung | Bearbeitung notwendig |
| Korrosionsbeständigkeit | Extra hoch | Niedrig |
| Umwelt Freundlichkeit | Niedriger Energieverbrauch | Hoher Energieverbrauch |
Abschluss
Mineralguss eignet sich ideal für die Rahmenkonstruktionen unserer CNC-Maschinen. Er bietet klare technologische, wirtschaftliche und ökologische Vorteile. Die Mineralgusstechnologie bietet hervorragende Schwingungsdämpfung, hohe chemische Beständigkeit und deutliche thermische Vorteile (ähnliche Wärmeausdehnung wie Stahl). Verbindungselemente, Kabel, Sensorik und Messtechnik können in die Baugruppe eingegossen werden.
Welche Vorteile bietet das Mineralguss-Granitbett-Bearbeitungszentrum?
Mineralguss (künstlicher Granit bzw. Kunstharzbeton) ist in der Werkzeugmaschinenindustrie seit über 30 Jahren als Konstruktionswerkstoff weit verbreitet.
Laut Statistik verwendet in Europa jede zehnte Werkzeugmaschine Mineralguss als Unterbau. Unzureichende Erfahrungen, unvollständige oder falsche Informationen können jedoch zu Misstrauen und Vorurteilen gegenüber Mineralguss führen. Daher ist es bei der Herstellung neuer Geräte notwendig, die Vor- und Nachteile von Mineralguss zu analysieren und mit anderen Materialien zu vergleichen.
Baumaschinen werden im Allgemeinen in Gusseisen, Mineralguss (Polymer- und/oder Reaktionsharzbeton), Stahl-/Schweißkonstruktionen (verfugt/nicht verfugt) und Naturstein (z. B. Granit) unterteilt. Jedes Material hat seine eigenen Eigenschaften, und es gibt kein perfektes Konstruktionsmaterial. Nur durch die Prüfung der Vor- und Nachteile des Materials entsprechend den spezifischen Konstruktionsanforderungen kann das ideale Konstruktionsmaterial ausgewählt werden.
Die beiden wichtigen Funktionen von Strukturwerkstoffen – Gewährleistung der Geometrie, Lage und Energieabsorption von Bauteilen – stellen jeweils Anforderungen an die Leistung (statische, dynamische und thermische Leistung), funktionale/strukturelle Anforderungen (Genauigkeit, Gewicht, Wandstärke, einfache Führung der Werkstoffe, Medienkreislauf, Logistik) und Kostenanforderungen (Preis, Menge, Verfügbarkeit, Systemeigenschaften).
I. Leistungsanforderungen an Baumaterialien
1. Statische Eigenschaften
Das Kriterium für die statischen Eigenschaften eines Unterbaus ist üblicherweise die Steifigkeit des Materials – minimale Verformung unter Belastung, nicht hohe Festigkeit. Für die statische elastische Verformung kann man sich Mineralguss als isotrope homogene Werkstoffe vorstellen, die dem Hookeschen Gesetz gehorchen.
Die Dichte und der Elastizitätsmodul von Mineralgussteilen betragen jeweils 1/3 derjenigen von Gusseisen. Da Mineralgussteile und Gusseisen die gleiche spezifische Steifigkeit aufweisen, ist die Steifigkeit von Eisengussteilen und Mineralgussteilen bei gleichem Gewicht unabhängig vom Einfluss der Form gleich. In vielen Fällen ist die Wandstärke von Mineralgussteilen üblicherweise dreimal so hoch wie die von Eisengussteilen, und diese Konstruktion verursacht keine Probleme hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des Produkts oder Gussteils. Mineralgussteile eignen sich für Arbeiten in statischen Umgebungen, die Druck ausgesetzt sind (z. B. Betten, Stützen, Säulen), und sind nicht für dünnwandige und/oder kleine Rahmen geeignet (z. B. Tische, Paletten, Werkzeugwechsler, Schlitten, Spindelstützen). Das Gewicht von Strukturteilen wird üblicherweise durch die Ausrüstung der Mineralgusshersteller begrenzt, und Mineralgussprodukte über 15 Tonnen sind im Allgemeinen selten.
2. Dynamische Eigenschaften
Je höher die Drehzahl und/oder Beschleunigung der Welle, desto wichtiger ist das dynamische Verhalten der Maschine. Schnelle Positionierung, schneller Werkzeugwechsel und hohe Vorschubgeschwindigkeiten verstärken kontinuierlich die mechanische Resonanz und dynamische Anregung von Maschinenstrukturteilen. Neben der maßlichen Auslegung des Bauteils werden Durchbiegung, Massenverteilung und dynamische Steifigkeit des Bauteils maßgeblich von den Dämpfungseigenschaften des Materials beeinflusst.
Der Einsatz von Mineralguss bietet hier eine gute Lösung. Da dieser Schwingungen zehnmal besser absorbiert als herkömmliches Gusseisen, können Amplitude und Eigenfrequenz deutlich reduziert werden.
Bei Bearbeitungsvorgängen wie der Zerspanung ermöglicht es höhere Präzision, bessere Oberflächenqualität und längere Werkzeugstandzeiten. Gleichzeitig schnitten Mineralgussteile auch hinsichtlich der Geräuschentwicklung gut ab, wie der Vergleich und die Überprüfung von Sockeln, Getriebegussteilen und Zubehörteilen aus verschiedenen Materialien für Großmotoren und Zentrifugen zeigten. Laut Trittschallanalyse kann Mineralguss den Schalldruckpegel lokal um 20 % reduzieren.
3. Thermische Eigenschaften
Experten schätzen, dass etwa 80 % der Werkzeugmaschinenabweichungen auf thermische Einflüsse zurückzuführen sind. Prozessunterbrechungen wie interne oder externe Wärmequellen, Vorwärmen, Werkstückwechsel usw. können thermische Verformungen verursachen. Um das optimale Material auswählen zu können, müssen die Materialanforderungen geklärt werden. Die hohe spezifische Wärmekapazität und die geringe Wärmeleitfähigkeit verleihen Mineralgussteilen eine gute thermische Trägheit gegenüber vorübergehenden Temperatureinflüssen (wie Werkstückwechsel) und Umgebungstemperaturschwankungen. Ist eine schnelle Vorwärmung, wie bei einem Metallbett, erforderlich oder ist die Betttemperatur nicht zulässig, können Heiz- oder Kühlvorrichtungen zur Temperaturregelung direkt in den Mineralguss eingegossen werden. Durch den Einsatz solcher Temperaturkompensationsvorrichtungen können temperaturbedingte Verformungen reduziert und so die Genauigkeit kostengünstig verbessert werden.
II. Funktionale und strukturelle Anforderungen
Die Integrität ist ein Unterscheidungsmerkmal, das Mineralguss von anderen Werkstoffen unterscheidet. Die maximale Gießtemperatur für Mineralguss beträgt 45 °C. Mit hochpräzisen Formen und Werkzeugen können Teile und Mineralgussteile zusammen gegossen werden.
Auch Mineralgussrohlinge können mit modernen Umformverfahren bearbeitet werden. Dadurch entstehen präzise Montage- und Schienenoberflächen, die keiner maschinellen Bearbeitung bedürfen. Wie andere Grundwerkstoffe unterliegen auch Mineralgussteile spezifischen Konstruktionsregeln. Wandstärke, tragende Bauteile, Rippeneinsätze sowie Be- und Entladeverfahren unterscheiden sich in gewissem Maße von anderen Werkstoffen und müssen bei der Konstruktion berücksichtigt werden.
Kostenanforderungen
Obwohl die technische Betrachtung wichtig ist, gewinnt die Wirtschaftlichkeit zunehmend an Bedeutung. Durch den Einsatz von Mineralgussteilen können Ingenieure erhebliche Produktions- und Betriebskosten einsparen. Neben den Kosteneinsparungen bei der Bearbeitung reduzieren sich auch die Kosten für Gießen, Endmontage und die steigenden Logistikkosten (Lagerung und Transport). Angesichts der hohen Funktionalität von Mineralgussteilen sollte dieses als Gesamtprojekt betrachtet werden. Ein Preisvergleich ist sinnvoller, wenn die Basis bereits installiert oder vorinstalliert ist. Die relativ hohen Anschaffungskosten sind die Kosten für Mineralgussformen und Werkzeuge, die sich jedoch bei langfristiger Nutzung (500–1000 Teile/Stahlform) reduzieren lassen, sodass der jährliche Verbrauch bei etwa 10–15 Teilen liegt.
IV. Nutzungsumfang
Mineralguss ersetzt als Konstruktionswerkstoff zunehmend traditionelle Konstruktionswerkstoffe. Der Schlüssel zu seiner rasanten Entwicklung liegt in Mineralguss, Formen und stabilen Verbindungsstrukturen. Mineralguss wird heute in vielen Werkzeugmaschinenbereichen wie Schleifmaschinen und Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eingesetzt. Hersteller von Schleifmaschinen sind Pioniere im Werkzeugmaschinensektor und nutzen Mineralguss für Maschinenbetten. Weltweit renommierte Unternehmen wie ABA z&b, Bahmler, Jung, Mikrosa, Schaudt, Stude usw. profitieren seit jeher von der Dämpfung, der thermischen Trägheit und der Stabilität von Mineralguss, um im Schleifprozess hohe Präzision und hervorragende Oberflächenqualität zu erzielen.
Angesichts der stetig steigenden dynamischen Belastungen werden Mineralgussteile auch von weltweit führenden Unternehmen im Bereich Werkzeugschleifmaschinen zunehmend bevorzugt. Das Mineralgussbett weist eine hervorragende Steifigkeit auf und kann die durch die Beschleunigung des Linearmotors verursachten Kräfte optimal kompensieren. Gleichzeitig kann die organische Kombination aus guter Schwingungsdämpfung und Linearmotor die Oberflächenqualität des Werkstücks und die Lebensdauer der Schleifscheibe deutlich verbessern.
Was das Einzelteil betrifft, ist eine Länge innerhalb von 10.000 mm für uns kein Problem.
Wie hoch ist die Mindestwandstärke?
Generell sollte die Mindestquerschnittsdicke des Maschinenunterbaus mindestens 60 mm betragen. Dünnere Querschnitte (z. B. 10 mm dick) können mit feinen Zuschlagstoffen und Formulierungen gegossen werden.
Die Schrumpfungsrate nach dem Gießen beträgt etwa 0,1–0,3 mm pro 1000 mm. Wenn präzisere mechanische Teile aus Mineralguss benötigt werden, können Toleranzen durch sekundäres CNC-Schleifen, Handläppen oder andere Bearbeitungsverfahren erreicht werden.
Unser Mineralgussmaterial besteht aus natürlichem Jinan-Schwarzgranit. Die meisten Unternehmen verwenden im Hochbau nur normalen Naturgranit oder normalen Stein.
· Rohstoffe: mit den einzigartigen Partikeln des Jinan Black Granite (auch „JinanQing“-Granit genannt) als Zuschlagstoff, der weltweit für seine hohe Festigkeit, hohe Steifigkeit und hohe Verschleißfestigkeit bekannt ist;
· Formel: mit den einzigartigen verstärkten Epoxidharzen und Additiven, verschiedenen Komponenten mit unterschiedlichen Formulierungen, um eine optimale Gesamtleistung zu gewährleisten;
· Mechanische Eigenschaften: Die Schwingungsabsorption ist etwa 10-mal so hoch wie bei Gusseisen, gute statische und dynamische Eigenschaften;
· Physikalische Eigenschaften: Dichte beträgt etwa 1/3 der von Gusseisen, höhere Wärmedämmeigenschaften als Metalle, nicht hygroskopisch, gute thermische Stabilität;
· Chemische Eigenschaften: höhere Korrosionsbeständigkeit als Metalle, umweltfreundlich;
· Maßgenauigkeit: Die lineare Kontraktion nach dem Gießen beträgt etwa 0,1–0,3 m/m, extrem hohe Form- und Gegengenauigkeit in allen Ebenen;
· Strukturelle Integrität: Es können sehr komplexe Strukturen gegossen werden, während bei der Verwendung von natürlichem Granit normalerweise Zusammenbau, Spleißen und Verbinden erforderlich sind;
· Langsame thermische Reaktion: reagiert auf kurzfristige Temperaturänderungen viel langsamer und viel weniger;
· Eingebettete Einsätze: Befestigungselemente, Rohre, Kabel und Kammern können in die Struktur eingebettet werden, Einsatzmaterialien umfassen Metall, Stein, Keramik und Kunststoff usw.