الجرانيت الإيبوكسي، المعروف أيضاً بالجرانيت الصناعي، هو مزيج من الإيبوكسي والجرانيت يُستخدم عادةً كبديل لقواعد آلات التشغيل. يُستخدم الجرانيت الإيبوكسي بدلاً من الحديد الزهر والفولاذ لتحسين امتصاص الاهتزازات، وإطالة عمر الأدوات، وخفض تكلفة التجميع.
قاعدة أدوات الآلة
تعتمد أدوات الآلات وغيرها من الآلات عالية الدقة على الصلابة العالية والاستقرار طويل الأمد وخصائص التخميد الممتازة للمادة الأساسية لتحقيق أدائها الساكن والديناميكي. وتُعدّ الحديد الزهر، والهياكل الفولاذية الملحومة، والجرانيت الطبيعي من أكثر المواد استخدامًا في هذه الهياكل. ونظرًا لافتقار الهياكل الفولاذية إلى الاستقرار طويل الأمد وضعف خصائص التخميد، نادرًا ما تُستخدم في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية. يُضفي الحديد الزهر عالي الجودة، المُعالج حراريًا لتخفيف الإجهاد والتلدين، استقرارًا في أبعاد الهيكل، ويمكن صبه في أشكال معقدة، ولكنه يحتاج إلى عملية تشكيل مكلفة لتكوين أسطح دقيقة بعد الصب.
أصبح العثور على الجرانيت الطبيعي عالي الجودة أكثر صعوبة، ولكنه يتميز بقدرة امتصاص صدمات أعلى من الحديد الزهر. وكما هو الحال مع الحديد الزهر، فإن تشكيل الجرانيت الطبيعي عملية شاقة ومكلفة.
تُصنع مصبوبات الجرانيت الدقيقة عن طريق خلط ركام الجرانيت (الذي يُسحق ويُغسل ويُجفف) مع نظام راتنج الإيبوكسي في درجة حرارة الغرفة (أي عملية المعالجة الباردة). ويمكن أيضًا استخدام ركام الكوارتز كحشو في التركيبة. ويؤدي الضغط الاهتزازي أثناء عملية التشكيل إلى تماسك الركام بإحكام.
يمكن صبّ الحشوات الملولبة والصفائح الفولاذية وأنابيب التبريد أثناء عملية الصب. ولتحقيق مرونة أكبر، يمكن نسخ القضبان الخطية وممرات الانزلاق الأرضية وقواعد المحركات أو تثبيتها بالحقن، مما يلغي الحاجة إلى أي عمليات تشغيل لاحقة للصب. وتكون جودة سطح المسبوك مماثلة لجودة سطح القالب.
المزايا والعيوب
تشمل المزايا ما يلي:
■ تخميد الاهتزازات.
■ المرونة: يمكن دمج المسارات الخطية المخصصة، وخزانات السوائل الهيدروليكية، والحشوات الملولبة، وسوائل القطع، وأنابيب التوصيل في القاعدة البوليمرية.
■ إن تضمين الحشوات وما إلى ذلك يسمح بتقليل عمليات التشغيل الآلي للمسبوكات النهائية بشكل كبير.
■ يتم تقليل وقت التجميع من خلال دمج مكونات متعددة في قالب واحد.
■ لا يتطلب سمك جدار موحد، مما يسمح بمرونة أكبر في تصميم القاعدة.
■ مقاومة كيميائية لمعظم المذيبات والأحماض والقلويات وسوائل القطع الشائعة.
■ لا يتطلب طلاءً.
■يتمتع المركب بكثافة مماثلة تقريبًا للألمنيوم (لكن القطع تكون أكثر سمكًا لتحقيق قوة مكافئة).
■ تستهلك عملية صب الخرسانة البوليمرية المركبة طاقة أقل بكثير من عملية صب المعادن. وتستهلك راتنجات البوليمر المصبوبة طاقة قليلة جدًا في إنتاجها، وتتم عملية الصب في درجة حرارة الغرفة.
تتميز مادة الجرانيت الإيبوكسي بمعامل تخميد داخلي أفضل بعشر مرات من الحديد الزهر، وثلاث مرات من الجرانيت الطبيعي، وثلاثين مرة من الهياكل الفولاذية. وهي لا تتأثر بمواد التبريد، وتتمتع بثبات ممتاز على المدى الطويل، وثبات حراري مُحسّن، وصلابة عالية في الالتواء والحركة، وقدرة فائقة على امتصاص الضوضاء، وإجهادات داخلية ضئيلة.
تشمل العيوب ضعف القوة في المقاطع الرقيقة (أقل من 1 بوصة (25 مم))، وضعف قوة الشد، وضعف مقاومة الصدمات.
مقدمة عن قوالب صب المعادن
يُعدّ صب المعادن من أكثر مواد البناء الحديثة كفاءةً. وكان مصنّعو الآلات الدقيقة من أوائل الرواد في استخدام هذه التقنية. واليوم، يتزايد استخدامها في آلات التفريز CNC، وآلات الحفر، وآلات التجليخ، وآلات التفريغ الكهربائي، ولا تقتصر مزاياها على الآلات عالية السرعة فحسب.
تتكون عملية الصب المعدني، والمعروفة أيضاً باسم مادة الجرانيت الإيبوكسي، من مواد مالئة معدنية مثل الحصى ورمل الكوارتز ومسحوق الأنهار الجليدية ومواد رابطة. تُخلط هذه المادة وفقاً لمواصفات دقيقة وتُصب باردة في القوالب. الأساس المتين هو مفتاح النجاح!
يجب أن تعمل أحدث آلات التشغيل بسرعة متزايدة، وأن توفر دقة أعلى من أي وقت مضى. مع ذلك، تُنتج سرعات التشغيل العالية وعمليات التشغيل الشاقة اهتزازات غير مرغوب فيها في هيكل الآلة. تؤثر هذه الاهتزازات سلبًا على سطح القطعة، وتُقصر عمر الأداة. تعمل هياكل الصب المعدني على تقليل الاهتزازات بسرعة - أسرع بست مرات تقريبًا من هياكل الحديد الزهر، وأسرع بعشر مرات من هياكل الصلب.
تتميز آلات التشغيل ذات قواعد الصب المعدني، مثل آلات التفريز والطحن، بدقة أعلى بكثير وجودة سطح أفضل. إضافةً إلى ذلك، يقل تآكل الأدوات بشكل ملحوظ، مما يطيل عمرها الافتراضي.
يوفر إطار الصب المصنوع من المعادن المركبة (الإيبوكسي والجرانيت) العديد من المزايا:
- التشكيل والمتانة: توفر عملية صب المعادن درجة استثنائية من الحرية فيما يتعلق بشكل المكونات. وتؤدي الخصائص المحددة للمادة والعملية إلى قوة عالية نسبيًا ووزن أقل بكثير.
- تكامل البنية التحتية: تتيح عملية صب المعادن التكامل البسيط للهيكل والمكونات الإضافية مثل الموجهات والوصلات الملولبة والوصلات للخدمات، أثناء عملية الصب الفعلية.
- تصنيع هياكل الآلات المعقدة: ما كان من المستحيل تصوره بالعمليات التقليدية أصبح ممكناً مع صب المعادن: يمكن تجميع عدة أجزاء مكونة لتشكيل هياكل معقدة عن طريق الوصلات الملتصقة.
- دقة الأبعاد الاقتصادية: في كثير من الحالات، تُصبّ مكونات المعادن المصبوبة وفقًا لأبعادها النهائية نظرًا لعدم حدوث انكماش يُذكر أثناء التصلب. وبذلك، يمكن الاستغناء عن عمليات التشطيب المكلفة.
- الدقة: يتم الحصول على أسطح مرجعية أو داعمة عالية الدقة من خلال عمليات الطحن أو التشكيل أو التفريز الإضافية. ونتيجة لذلك، يمكن تنفيذ العديد من مفاهيم الآلات بكفاءة عالية وبشكل أنيق.
- استقرار حراري ممتاز: تتفاعل سبائك المعادن ببطء شديد مع تغيرات درجة الحرارة لأن موصليتها الحرارية أقل بكثير من المواد المعدنية. ولهذا السبب، فإن التغيرات الحرارية قصيرة المدى لها تأثير أقل بكثير على دقة أبعاد آلة التشغيل. ويعني الاستقرار الحراري الأفضل لقاعدة الآلة الحفاظ على الشكل الهندسي العام للآلة بشكل أفضل، وبالتالي تقليل الأخطاء الهندسية إلى أدنى حد.
- مقاومة للتآكل: المكونات المصبوبة بالمعادن مقاومة للزيوت والمبردات والسوائل العدوانية الأخرى.
- تخميد اهتزازات فائق لعمر أطول للأدوات: يحقق صب المعادن لدينا قيم تخميد اهتزازات أفضل بعشر مرات من الفولاذ أو الحديد الزهر. وبفضل هذه الخصائص، يتم الحصول على استقرار ديناميكي عالٍ للغاية لهيكل الماكينة. وتتضح فوائد ذلك لمصنعي ومستخدمي أدوات الماكينات: جودة أفضل لتشطيب سطح المكونات المشغولة أو المصقولة، وعمر أطول للأدوات مما يؤدي إلى انخفاض تكاليفها.
- البيئة: يتم تقليل الأثر البيئي أثناء التصنيع.
إطار الصب المعدني مقابل إطار الحديد الزهر
انظر أدناه إلى مزايا إطارنا الجديد المصنوع من المعادن المصبوبة مقارنةً بإطار الحديد الزهر المستخدم سابقًا:
| صب المعادن (الجرانيت الإيبوكسي) | حديد الزهر | |
| ممتص الصدمات | عالي | قليل |
| أداء الحرارة | موصلية حرارية منخفضة وحرارة عالية المواصفات سعة | موصلية حرارية عالية و سعة حرارية منخفضة المواصفات |
| الأجزاء المدمجة | تصميم غير محدود و قالب من قطعة واحدة و اتصال سلس | عمليات التشغيل الآلي ضرورية |
| مقاومة التآكل | عالي جدًا | قليل |
| البيئة الودّ | استهلاك منخفض للطاقة | استهلاك عالٍ للطاقة |
خاتمة
يُعدّ صب المعادن خيارًا مثاليًا لهياكل ماكينات CNC الخاصة بنا، إذ يوفر مزايا تقنية واقتصادية وبيئية واضحة. تتميز تقنية صب المعادن بقدرة فائقة على امتصاص الاهتزازات، ومقاومة كيميائية عالية، ومزايا حرارية ملحوظة (تمدد حراري مماثل للفولاذ). ويمكن صب عناصر التوصيل والكابلات وأجهزة الاستشعار وأنظمة القياس جميعها في وحدة التجميع.
ما هي فوائد مركز تشغيل قاعدة الجرانيت لصب المعادن؟
لقد تم قبول المسبوكات المعدنية (الجرانيت المصنّع المعروف أيضًا باسم الخرسانة الراتنجية) على نطاق واسع في صناعة أدوات الآلات لأكثر من 30 عامًا كمادة هيكلية.
تشير الإحصائيات إلى أن واحدة من كل عشر آلات تشغيل في أوروبا تستخدم المسبوكات المعدنية كقاعدة. مع ذلك، قد يؤدي الاعتماد على خبرة غير كافية أو معلومات ناقصة أو خاطئة إلى الشك والتحيز ضد المسبوكات المعدنية. لذا، عند تصنيع معدات جديدة، من الضروري تحليل مزايا وعيوب المسبوكات المعدنية ومقارنتها بالمواد الأخرى.
تنقسم قاعدة آلات البناء عمومًا إلى الحديد الزهر، والصب المعدني (الخرسانة البوليمرية و/أو الخرسانة الراتنجية التفاعلية)، والهياكل الفولاذية/الملحومة (مع أو بدون حقن)، والحجر الطبيعي (مثل الجرانيت). لكل مادة خصائصها المميزة، ولا توجد مادة مثالية للبناء. ولا يمكن اختيار المادة الأمثل إلا بدراسة مزايا وعيوب كل مادة وفقًا لمتطلبات البناء المحددة.
تتمثل الوظيفتان المهمتان للمواد الهيكلية في ضمان هندسة وموقع وامتصاص الطاقة للمكونات، على التوالي، مما يطرح متطلبات الأداء (الأداء الساكن والديناميكي والحراري)، والمتطلبات الوظيفية/الهيكلية (الدقة، والوزن، وسمك الجدار، وسهولة قضبان التوجيه) لتركيب المواد، ونظام دوران الوسائط، والخدمات اللوجستية) ومتطلبات التكلفة (السعر، والكمية، والتوافر، وخصائص النظام).
أولاً: متطلبات الأداء للمواد الإنشائية
1. الخصائص الثابتة
عادةً ما يكون معيار قياس الخصائص الساكنة للقاعدة هو صلابة المادة - أي الحد الأدنى من التشوه تحت الحمل - وليس القوة العالية. أما بالنسبة للتشوه المرن الساكن، فيمكن اعتبار المسبوكات المعدنية مواد متجانسة متماثلة الخواص تخضع لقانون هوك.
تبلغ كثافة ومعامل مرونة المسبوكات المعدنية ثلث كثافة ومعامل مرونة الحديد الزهر على التوالي. ولأن المسبوكات المعدنية والحديد الزهر لهما نفس الصلابة النوعية، فإن صلابة كليهما متساوية تحت نفس الوزن، بغض النظر عن تأثير الشكل. في كثير من الحالات، يكون سمك جدار المسبوكات المعدنية المصمم عادةً ثلاثة أضعاف سمك جدار المسبوكات الحديدية، ولن يُسبب هذا التصميم أي مشاكل في الخواص الميكانيكية للمنتج أو المسبوكة. تُناسب المسبوكات المعدنية العمل في بيئات ثابتة تتحمل الضغط (مثل الأسِرّة والدعامات والأعمدة)، ولا تُناسب الهياكل ذات الجدران الرقيقة أو الصغيرة (مثل الطاولات والمنصات ومبدلات الأدوات والعربات ودعامات المغازل). عادةً ما يكون وزن الأجزاء الهيكلية محدودًا بمعدات مصنعي المسبوكات المعدنية، ونادرًا ما تُصنع منتجات من المسبوكات المعدنية يزيد وزنها عن 15 طنًا.
2. الخصائص الديناميكية
كلما زادت سرعة دوران العمود و/أو تسارعه، ازدادت أهمية الأداء الديناميكي للآلة. فالتحديد السريع للموقع، وسرعة استبدال الأدوات، والتغذية عالية السرعة، كلها عوامل تُعزز باستمرار الرنين الميكانيكي والإثارة الديناميكية لأجزاء الآلة الهيكلية. وبالإضافة إلى التصميم البُعدي للمكون، تتأثر انحرافاته وتوزيع كتلته وصلابته الديناميكية بشكل كبير بخصائص التخميد للمادة.
يُعدّ استخدام المسبوكات المعدنية حلاً جيداً لهذه المشاكل. فبفضل قدرتها على امتصاص الاهتزازات أفضل بعشر مرات من الحديد الزهر التقليدي، يمكنها تقليل السعة والتردد الطبيعي بشكل كبير.
في عمليات التشغيل الآلي، مثل عمليات الخراطة، تُسهم هذه التقنية في تحقيق دقة أعلى، وجودة سطح أفضل، وعمر أطول للأدوات. وفي الوقت نفسه، أظهرت المسبوكات المعدنية أداءً متميزًا من حيث تقليل الضوضاء، وذلك من خلال مقارنة قواعد وأجزاء ناقل الحركة وملحقاتها المصنوعة من مواد مختلفة، والمستخدمة في المحركات الكبيرة وأجهزة الطرد المركزي. وبحسب تحليل صوت الصدم، يُمكن للمسبوكات المعدنية تحقيق خفض موضعي بنسبة 20% في مستوى ضغط الصوت.
3. الخصائص الحرارية
يُقدّر الخبراء أن حوالي 80% من انحرافات أدوات الآلات ناتجة عن تأثيرات حرارية. وتُعدّ انقطاعات العمليات، مثل مصادر الحرارة الداخلية أو الخارجية، والتسخين المسبق، وتغيير قطع العمل، من أسباب التشوه الحراري. ولتحديد أفضل المواد، من الضروري توضيح متطلباتها. تسمح الحرارة النوعية العالية والتوصيل الحراري المنخفض للمسبوكات المعدنية بمقاومة جيدة للتأثيرات الحرارية العابرة (مثل تغيير قطع العمل) وتقلبات درجة الحرارة المحيطة. في حال تطلّب الأمر تسخينًا مسبقًا سريعًا، كما هو الحال في قاعدة معدنية، أو إذا كانت درجة حرارة القاعدة ممنوعة، يُمكن صبّ أجهزة التسخين أو التبريد مباشرةً في المسبوك المعدني للتحكم في درجة الحرارة. يُقلّل استخدام هذا النوع من أجهزة تعويض درجة الحرارة من التشوه الناتج عن تأثير الحرارة، مما يُساعد على تحسين الدقة بتكلفة معقولة.
ثانياً: المتطلبات الوظيفية والهيكلية
تُعدّ السلامة سمةً مميزةً تُفرّق بين المسبوكات المعدنية وغيرها من المواد. تبلغ درجة حرارة الصب القصوى للمسبوكات المعدنية 45 درجة مئوية، وباستخدام قوالب وأدوات عالية الدقة، يُمكن صبّ الأجزاء والمسبوكات المعدنية معًا.
يمكن أيضًا استخدام تقنيات إعادة الصب المتقدمة على قوالب الصب المعدنية، مما ينتج عنه أسطح تثبيت وسكك دقيقة لا تتطلب عمليات تشغيل. ومثل المواد الأساسية الأخرى، تخضع المسبوكات المعدنية لقواعد تصميم هيكلي محددة. فسمك الجدار، وملحقات تحمل الأحمال، وحشوات الأضلاع، وطرق التحميل والتفريغ، كلها تختلف عن المواد الأخرى إلى حد ما، ويجب أخذها في الاعتبار مسبقًا أثناء التصميم.
ثالثًا: متطلبات التكلفة
مع أهمية النظر إلى الجوانب التقنية، إلا أن فعالية التكلفة تزداد أهميةً يومًا بعد يوم. إذ يُتيح استخدام المسبوكات المعدنية للمهندسين توفيرًا كبيرًا في تكاليف الإنتاج والتشغيل. فبالإضافة إلى توفير تكاليف التشغيل الآلي، تنخفض تكاليف الصب والتجميع النهائي، فضلًا عن تكاليف الخدمات اللوجستية المتزايدة (التخزين والنقل). ونظرًا لأهمية المسبوكات المعدنية، ينبغي النظر إليها كمشروع متكامل. في الواقع، من الأنسب إجراء مقارنة للأسعار عند تركيب القاعدة أو تجهيزها مسبقًا. صحيح أن التكلفة الأولية المرتفعة نسبيًا تتمثل في تكلفة قوالب وأدوات الصب المعدني، إلا أن هذه التكلفة تتضاءل مع الاستخدام طويل الأمد (500-1000 قطعة/قالب فولاذي)، ويبلغ الاستهلاك السنوي حوالي 10-15 قطعة.
رابعاً: نطاق الاستخدام
تُعدّ المسبوكات المعدنية، كمادة إنشائية، بديلاً متزايداً للمواد الإنشائية التقليدية، ويكمن سرّ تطورها السريع في تقنيات الصب المعدني، والقوالب، وهياكل الربط المتينة. وتُستخدم هذه المسبوكات على نطاق واسع في العديد من مجالات أدوات الآلات، مثل آلات التجليخ والتشغيل عالي السرعة. وقد كان مصنّعو آلات التجليخ من الرواد في هذا القطاع، حيث استخدموا المسبوكات المعدنية في قواعد الآلات. فعلى سبيل المثال، استفادت شركات عالمية مرموقة، مثل ABA z&b، وBahmler، وJung، وMikrosa، وSchaudt، وStude، وغيرها، من خصائص التخميد، والقصور الحراري، ومتانة المسبوكات المعدنية لتحقيق دقة عالية وجودة سطح ممتازة في عملية التجليخ.
مع تزايد الأحمال الديناميكية باستمرار، باتت المسبوكات المعدنية تحظى بإقبال متزايد من الشركات العالمية الرائدة في مجال آلات تجليخ الأدوات. يتميز هيكل المسبوكات المعدنية بصلابة فائقة، مما يُمكّنه من امتصاص القوة الناتجة عن تسارع المحرك الخطي بكفاءة عالية. في الوقت نفسه، يُسهم التناغم بين الأداء المتميز في امتصاص الاهتزازات والمحرك الخطي في تحسين جودة سطح قطعة العمل وعمر عجلة التجليخ بشكل ملحوظ.
أما بالنسبة للجزء الواحد، فإن طوله الذي لا يتجاوز 10000 مم يُعدّ سهلاً بالنسبة لنا.
ما هو الحد الأدنى لسمك الجدار؟
بشكل عام، يجب ألا يقل سمك مقطع قاعدة الآلة عن 60 مم. ويمكن صب المقاطع الأقل سمكًا (مثل 10 مم) باستخدام أحجام وتركيبات ركام ناعم.
يبلغ معدل الانكماش بعد الصب حوالي 0.1-0.3 مم لكل 1000 مم. وعند الحاجة إلى أجزاء ميكانيكية مصبوبة من المعادن بدقة أعلى، يمكن تحقيق التفاوتات المطلوبة من خلال عمليات الطحن الثانوي باستخدام الحاسوب، أو الصقل اليدوي، أو غيرها من عمليات التشغيل الآلي.
نستخدم في صب المعادن لدينا جرانيت جينان الأسود الطبيعي. بينما تكتفي معظم الشركات باستخدام الجرانيت الطبيعي العادي أو الحجر العادي في أعمال البناء.
· المواد الخام: مع جزيئات جرانيت جينان الأسود الفريد (يسمى أيضًا جرانيت "جينان تشينغ") كمادة مجمعة، وهو مشهور عالميًا بقوته العالية وصلابته العالية ومقاومته العالية للتآكل؛
· التركيبة: باستخدام راتنجات الإيبوكسي المقواة الفريدة والمواد المضافة، يتم استخدام تركيبات مختلفة للمكونات المختلفة لضمان الأداء الشامل الأمثل؛
· الخصائص الميكانيكية: امتصاص الاهتزازات يعادل حوالي 10 أضعاف امتصاص الحديد الزهر، وخصائص ثابتة وديناميكية جيدة؛
· الخصائص الفيزيائية: الكثافة حوالي ثلث كثافة الحديد الزهر، وخصائص العزل الحراري أعلى من المعادن، وغير مسترطب، وثبات حراري جيد؛
· الخصائص الكيميائية: مقاومة أعلى للتآكل مقارنة بالمعادن، وصديقة للبيئة؛
· الدقة الأبعادية: يبلغ الانكماش الخطي بعد الصب حوالي 0.1-0.3 م/م، ودقة عالية للغاية في الشكل والقياس في جميع المستويات؛
• السلامة الهيكلية: يمكن صب الهياكل المعقدة للغاية، بينما يتطلب استخدام الجرانيت الطبيعي عادةً التجميع والوصل والربط؛
• التفاعل الحراري البطيء: يتفاعل مع تغيرات درجة الحرارة على المدى القصير بشكل أبطأ بكثير وأقل بكثير؛
• الحشوات المدمجة: يمكن دمج المثبتات والأنابيب والكابلات والحجرات في الهيكل، وتشمل مواد الحشوات المعادن والحجر والسيراميك والبلاستيك وما إلى ذلك.