Giới thiệu: Hướng dẫn thiết kế toàn diện cho các tổ hợp có độ chính xác-cao
Khi các kỹ sư thiết kế bắt tay vào phát triển thiết bị bán dẫn thế hệ tiếp theo, công cụ đo tọa độ hoặc máy mài CNC siêu chính xác, họ phải đối mặt với những lựa chọn lựa chọn vật liệu quan trọng. Vòng cấu trúc của máy phải hỗ trợ tải động cao trong khi vẫn duy trì các tham chiếu hình học dưới-micron. Câu hỏi thường gặp về kỹ thuật này giải quyết các câu hỏi vật lý cơ bản, tính toán kết cấu và chỉ số so sánh vật liệu mà các kỹ sư cơ khí phải cân nhắc khi thiết kế hệ thống kết cấu siêu chính xác.
Câu hỏi 1: Tại sao về mặt vật lý đá granit lại vượt trội hơn gang xám đối với các cơ sở đo lường cố định?
Trả lời 1: Đá granite đen tự nhiên có ba ưu điểm vật lý chính so với gang: độ ổn định nhiệt đặc biệt, khả năng chống trôi chiều do ứng suất dư và khả năng chống ăn mòn và từ trường hoàn toàn.
Từ góc độ nhiệt, hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính của đá granit UNPARALLELED là khoảng 5,0 đến 6,0 x 10^-6 mỗi Kelvin, trong khi gang nằm ở khoảng 12,0 x 10^-6 mỗi Kelvin. Điều này có nghĩa là đá granit trải qua sự biến dạng kích thước ít hơn một nửa so với sắt khi chịu sự dao động nhiệt độ cục bộ.
Hơn nữa, gang có xu hướng bị giãn-cấu trúc vi mô{1}}trong thời gian dài, dẫn đến sự lệch kích thước dần dần qua nhiều năm sử dụng. Đá granit đen tự nhiên, có tuổi địa chất qua hàng triệu năm dưới áp lực lớn của lớp vỏ, hoàn toàn không có lực căng bên trong, đảm bảo rằng các bề mặt tham chiếu được vỗ bằng tay của nó vẫn ổn định trong nhiều thập kỷ.
Tốc độ giãn nở của đá granit (khoảng 5,5 x 10^-6 mỗi Kelvin) thấp hơn một nửa so với gang (khoảng 12,0 x 10^-6 mỗi Kelvin).
Câu hỏi 2: Trong những trường hợp động nào, một kỹ sư nên chỉ định gốm sứ Silicon Carbide (SiC) trên đá granit tự nhiên?
Câu trả lời 2: Nên chọn Silicon Carbide (SiC) khi cần đồng thời có-động lực gia tốc cao, độ cứng kết cấu cao và khối lượng thấp cho các bộ phận chuyển động. Mặc dù đá granit là vật liệu đặc biệt dành cho các nền móng lớn, cố định nhưng mật độ khối lượng cao (3100 kilôgam trên mét khối) và mô đun Young tương đối thấp (khoảng 60 đến 80 Giga-Pascal) khiến đá granit không phù hợp với-các giàn chuyển động tốc độ cao hoặc các giai đoạn dịch chuyển.
Gốm SiC có mô đun Young đáng kinh ngạc trên 380 Giga-Pascal kết hợp với mật độ thấp 3,15 gram trên mỗi cm khối. Điều này dẫn đến độ cứng đặc trưng đáng kinh ngạc xấp xỉ 120 Giga-Pascal trên gam trên centimet khối, cho phép các chùm cấu trúc chuyển động tăng tốc với tốc độ vượt quá 20 mét/giây bình phương mà không bị lệch cấu trúc, giảm thiểu thời gian lắng và tăng đáng kể thông lượng của tấm bán dẫn.
Câu 3: Làm thế nào để đúc khoáng sản giảm thời gian chu kỳ gia công CNC đồng thời cải thiện chất lượng hoàn thiện bề mặt?
Câu trả lời 3: Điểm khác biệt quan trọng về hiệu suất là khả năng giảm rung. Đúc khoáng sản có ma trận tổng hợp nhựa epoxy-có khả năng hấp thụ năng lượng rung cơ học nhanh hơn tới 10 lần so với gang xám truyền thống.
Trong quá trình phay hoặc mài tốc độ cao-, dụng cụ cắt sẽ kích thích cấu trúc máy. Nếu đế máy làgang, những rung động này vẫn tồn tại, dẫn đến dao động và bề mặt không hoàn hảo trên phôi. Tỷ lệ giảm chấn cao của đúc khoáng sản (khoảng 0,02) nhanh chóng triệt tiêu những rung động này. Điều này cho phép máy CNC chạy ở tốc độ trục chính và tốc độ tiến dao cao hơn đáng kể, giảm thời gian chu kỳ trong khi đạt được độ hoàn thiện độ nhám bề mặt dưới 0,1 micromet và kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt lên tới 30%.
Tỷ lệ giảm chấn của đúc khoáng cao hơn khoảng 10 lần so với gang xám.
Câu hỏi 4: Cần có những quy trình ổn định nhiệt và môi trường nào trước khi hiệu chuẩn hệ thống cuối cùng?
Câu trả lời 4: Đối với các hệ thống đo lường dưới{1} micron, môi trường hiệu chuẩn phải được quản lý nghiêm ngặt ở nhiệt độ 20 độ C, cộng hoặc trừ 0,5 độ, với độ ẩm tương đối từ 40 phần trăm đến 60 phần trăm.
Vì các vật liệu có cấu trúc phi kim loại như đá granit có độ dẫn nhiệt thấp (khoảng 3,0 Watt trên mét Kelvin) nên chúng phản ứng chậm với sự thay đổi nhiệt độ môi trường. Do đó, bất kỳ linh kiện nào được đưa vào phòng thí nghiệm đo lường đều phải trải qua thời gian ngâm nhiệt ít nhất 48 đến 72 giờ để đạt được trạng thái cân bằng nhiệt đồng đều và hoàn chỉnh.
Các phép đo được thực hiện trước khi ổn định nhiệt hoàn toàn sẽ bị lệch bởi gradient nhiệt bên trong, dẫn đến các kết quả hiệu chuẩn bị uốn cong và không chính xác.
Câu hỏi 5: Các sợi kim loại và đường dẫn hướng chính xác có thể được neo chắc chắn vào các cấu trúc đúc bằng đá granite và khoáng sản không?
Đ5: Có. UNPARALLELED chuyên về tích hợp tùy chỉnh các thành phần kim loại vào cả đế đúc bằng đá granite và khoáng sản.
Đối với nền đá granit, các lỗ-có độ chính xác cao được khoan-CNC và các miếng chèn bằng thép không gỉ hoặc ren invar được liên kết vĩnh viễn bằng cách sử dụng công thức epoxy có độ bền-độc quyền cao. Invar được ưa chuộng hơn vì hệ số giãn nở nhiệt của nó (khoảng 1,2 x 10^-6 mỗi Kelvin) giảm thiểu sự tập trung ứng suất cục bộ ở bề mặt tiếp xúc đá-kim loại.
Để đúc khoáng sản, các tấm lắp thép, đường làm mát và ống dẫn điện có thể được đúc trực tiếp vào cấu trúc hỗn hợp trong quá trình-đóng rắn nguội. Điều này tạo ra một cấu trúc nguyên khối, tích hợp cao với ứng suất dư bằng không.
Câu hỏi 6: Độ dẫn nhiệt của vật đúc khoáng chất so với gang như thế nào và tại sao nó lại quan trọng?
Trả lời 6: Đúc khoáng có độ dẫn nhiệt rất thấp khoảng 1,5 đến 2,0 Watts trên mét Kelvin, trong khi gang có độ dẫn nhiệt cao khoảng 50 Watts trên mét Kelvin.
Trong xưởng máy có nhiệt độ môi trường dao động, gang dẫn nhiệt nhanh, khiến toàn bộ khung máy biến dạng nhanh chóng trước các nguồn nhiệt cục bộ (chẳng hạn như động cơ trục chính hoặc bể làm mát).
Đúc khoáng sản hoạt động như một chất cách nhiệt. Nó phản ứng cực kỳ chậm với sự tăng đột biến của nhiệt độ, nguồn nhiệt cục bộ và gió lùa. Giảm chấn nhiệt lớn này ngăn chặn sự biến dạng nhiệt trong thời gian ngắn-, đảm bảo sự liên kết hình học và độ chính xác của trục gia công luôn ổn định trong suốt ngày làm việc.