Welche Vorteile bietet das Mineralguss-Marmorbett-Bearbeitungszentrum?
Mineralguss (künstlicher Granit, auch bekannt als Harzbeton) ist in der Werkzeugmaschinenindustrie seit über 30 Jahren als Konstruktionswerkstoff weit verbreitet.
Laut Statistik wird in Europa bei jeder zehnten Werkzeugmaschine Mineralguss als Unterbau verwendet. 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 Leistungsanforderungen (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 zur Messung der statischen Eigenschaften einer Basis 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 Materialien vorstellen, die dem Hookeschen Gesetz gehorchen.
Die Dichte und der Elastizitätsmodul von Mineralguss betragen jeweils 1/3 der von Gusseisen. Da Mineralguss und Gusseisen bei gleichem Gewicht die gleiche spezifische Steifigkeit aufweisen, ist die Steifigkeit von Eisenguss und Mineralguss unabhängig vom Einfluss der Form gleich. In vielen Fällen beträgt die Wandstärke von Mineralguss das Dreifache der von Eisenguss, und diese Konstruktion verursacht keine Probleme hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des Produkts oder Gussteils. Mineralguss eignet sich für Arbeiten in statischen Umgebungen, die Druck ausgesetzt sind (z. B. Betten, Stützen, Säulen), und ist nicht für dünnwandige und/oder kleine Rahmen geeignet (z. B. Tische, Paletten, Werkzeugwechsler, Schlitten, Spindelstützen). Das Gewicht von Strukturteilen wird normalerweise 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 die dynamische Leistung der Maschine. Schnelle Positionierung, schneller Werkzeugwechsel und Hochgeschwindigkeitsvorschub verstärken kontinuierlich die mechanische Resonanz und dynamische Anregung von Maschinenstrukturteilen. Neben der dimensionalen Gestaltung des Bauteils werden Durchbiegung, Massenverteilung und dynamische Steifigkeit des Bauteils maßgeblich von den Dämpfungseigenschaften des Materials beeinflusst.
Der Einsatz von Mineralguss bietet eine gute Lösung für diese Probleme. Da dieser Schwingungen zehnmal besser absorbiert als herkömmliches Gusseisen, können Amplitude und Eigenfrequenz deutlich reduziert werden.
Bei Bearbeitungsvorgängen wie der Zerspanung kann es zu höherer Präzision, besserer Oberflächenqualität und längerer Werkzeugstandzeit führen. Gleichzeitig schnitten Mineralgussteile auch hinsichtlich der Geräuschentwicklung gut ab, wie aus dem Vergleich und der Überprüfung von Sockeln, Getriebegussteilen und Zubehörteilen aus verschiedenen Materialien für Großmotoren und Zentrifugen hervorgeht. Laut Trittschallanalyse kann Mineralguss den Schalldruckpegel lokal um 20 % reduzieren.
3. Thermische Eigenschaften
Experten gehen davon aus, dass etwa 80 % der Werkzeugmaschinenabweichungen auf thermische Einflüsse zurückzuführen sind. Prozessunterbrechungen durch interne oder externe Wärmequellen, Vorwärmen, Werkstückwechsel usw. können zu thermischen Verformungen führen. 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 Schwankungen der Umgebungstemperatur. Ist eine schnelle Vorwärmung wie bei einem Metallbett erforderlich oder ist eine Temperaturregelung des Betts nicht möglich, 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
Integrität ist ein Unterscheidungsmerkmal, das Mineralguss von anderen Materialien unterscheidet. Die maximale Gießtemperatur für Mineralguss beträgt 45 °C. Mit hochpräzisen Formen und Werkzeugen können Teile und Mineralgussteile zusammen gegossen werden.
Auch Mineralgussrohlinge können durch moderne Umformverfahren präzise und ohne maschinelle Bearbeitung gefertigte Montage- und Schienenoberflächen erhalten. Wie andere Grundwerkstoffe unterliegen auch Mineralgussteile spezifischen Konstruktionsregeln. Wandstärken, tragende Anbauteile, 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 dieser als Gesamtprojekt betrachtet werden. Tatsächlich ist ein Preisvergleich 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 (500–1.000 Teile/Stahlform) reduzieren lassen, und der jährliche Verbrauch liegt bei etwa 10–15 Teilen.
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 verwenden Mineralguss für Maschinenbetten. Weltweit bekannte 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 beim 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 gut 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