Welche Vorteile bietet das Mineralguss-Marmorbett-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.
Veröffentlichungszeit: 18. Januar 2022