Nelle macchine a controllo numerico CNC, sebbene il granito sia diventato un materiale importante grazie alle sue proprietà uniche, i suoi svantaggi intrinseci possono avere un impatto significativo sulle prestazioni delle macchine, sull'efficienza di lavorazione e sui costi di manutenzione. Di seguito è riportata un'analisi degli impatti specifici causati dalle carenze del granito in diverse dimensioni:
In primo luogo, il materiale è estremamente fragile e soggetto a rotture e danni
Svantaggio del nucleo: il granito è una pietra naturale ed è essenzialmente un materiale fragile con scarsa tenacità all'impatto (il valore della tenacità all'impatto è di circa 1-3 J/cm², che è molto inferiore ai 20-100 J/cm² dei materiali metallici).
Impatto sulle apparecchiature CNC:
Rischi di installazione e trasporto: durante l'assemblaggio o la movimentazione dell'apparecchiatura, se soggetta a urti o cadute, i componenti in granito (come basi e guide) sono soggetti a crepe o scheggiature negli angoli, con conseguenti problemi di precisione. Ad esempio, se la piattaforma in granito di una macchina di misura a tre coordinate sviluppa crepe nascoste a causa di un funzionamento improprio durante l'installazione, ciò potrebbe portare a un graduale deterioramento della planarità nel lungo periodo, compromettendo i risultati di misurazione.
Pericoli nascosti nel processo di lavorazione: quando le apparecchiature CNC subiscono un sovraccarico improvviso (ad esempio quando l'utensile entra in collisione con il pezzo in lavorazione), le guide in granito o i tavoli da lavoro potrebbero rompersi a causa dell'incapacità di resistere alla forza d'impatto istantanea, causando l'arresto dell'apparecchiatura per manutenzione e persino innescando una serie di guasti di precisione.
In secondo luogo, l'elevata difficoltà di elaborazione limita la progettazione di strutture complesse
Svantaggi principali: il granito ha un'elevata durezza (6-7 sulla scala di Mohs) e deve essere macinato e lavorato con utensili speciali, come mole diamantate, con conseguente bassa efficienza di lavorazione (l'efficienza di fresatura è solo da 1/5 a 1/3 di quella dei materiali metallici) e il costo di lavorazione di superfici curve complesse è elevato.
Impatto sulle apparecchiature CNC:
Limitazioni di progettazione strutturale: per evitare difficoltà di lavorazione, i componenti in granito sono solitamente progettati con forme geometriche semplici (come piastre, guide rettangolari), rendendo difficile realizzare cavità interne complesse, piastre leggere e irrigidite e altre strutture realizzabili tramite fusione/taglio con materiali metallici. Ciò comporta che il peso della base in granito sia spesso eccessivo (10-20% superiore a quello della ghisa a parità di volume), il che può aumentare il carico complessivo dell'attrezzatura e influire sulle prestazioni di risposta dinamica durante i movimenti ad alta velocità.
Elevati costi di manutenzione e sostituzione: quando i componenti in granito presentano usura o danni localizzati, è difficile ripararli con metodi come la saldatura o il taglio. Di solito, è necessario sostituire l'intero componente e i nuovi componenti devono essere nuovamente rettificati e calibrati per garantirne la precisione, con conseguenti tempi di fermo prolungati (una singola sostituzione può richiedere 2-3 settimane) e un aumento significativo dei costi di manutenzione.
III. Incertezza delle texture naturali e dei difetti interni
Svantaggio principale: essendo un minerale naturale, il granito presenta fessure interne incontrollabili, pori o impurità minerali e l'uniformità del materiale delle diverse venature varia notevolmente (la fluttuazione della densità può raggiungere il ±5%, quella del modulo elastico il ±8%).
Impatto sulle apparecchiature CNC:
Rischio di stabilità della precisione: se l'area di lavorazione del componente presenta crepe interne, durante l'uso prolungato, queste potrebbero espandersi a causa dello stress, causando deformazioni locali e compromettendo la precisione dell'attrezzatura. Ad esempio, se le guide in granito di una rettificatrice CNC presentano fori d'aria nascosti, potrebbero gradualmente collassare sotto l'azione delle vibrazioni ad alta frequenza, con conseguente errore di rettilineità eccessivo delle guide.
Differenze di prestazioni tra lotti: i materiali granitici provenienti da lotti diversi possono presentare fluttuazioni in indicatori chiave come il coefficiente di dilatazione termica e le prestazioni di smorzamento a causa di differenze nella composizione minerale, che influiscono sulla costanza della produzione dei lotti da parte delle apparecchiature. Per le linee di produzione automatizzate che richiedono l'interazione di più dispositivi, tali differenze possono portare a un aumento della dispersione della precisione di lavorazione.
In quarto luogo, è pesante, il che influisce sulle prestazioni dinamiche dell'attrezzatura
Svantaggio del nucleo: il granito ha un'elevata densità (2,6-3,0 g/cm³) e il suo peso è circa 1,2 volte quello della ghisa e 2,5 volte quello della lega di alluminio a parità di volume.
Impatto sulle apparecchiature CNC:
Ritardo nella risposta al movimento: nei centri di lavorazione ad alta velocità o nelle macchine a cinque assi, la grande massa della base in granito aumenta l'inerzia del carico del motore lineare/vite madre, determinando un ritardo nella risposta dinamica durante l'accelerazione/decelerazione (che può aumentare il tempo di avvio-arresto dal 5% al 10%), influenzando l'efficienza di lavorazione.
Aumento del consumo energetico: l'azionamento di componenti pesanti in granito richiede servomotori più potenti, il che aumenta il consumo energetico complessivo dell'attrezzatura (misurazioni reali mostrano che, a parità di condizioni di lavoro, il consumo energetico delle attrezzature con base in granito è superiore dell'8%-12% rispetto a quello delle attrezzature in ghisa). L'utilizzo a lungo termine aumenterà i costi di produzione.
Cinque, la capacità di resistere allo shock termico è limitata
Svantaggio del nucleo: sebbene il granito abbia un basso coefficiente di dilatazione termica, la sua conduttività termica è scarsa (con una conduttività termica di soli 1,5-3,0 W/(m · K), circa 1/10 di quella della ghisa) e improvvisi cambiamenti di temperatura locali tendono a generare stress termico.
Impatto sulle apparecchiature CNC:
Problema di differenza di temperatura nell'area di lavorazione: se il fluido da taglio erode in modo concentrato un'area locale del tavolo di lavoro in granito, può causare un gradiente di temperatura (ad esempio una differenza di temperatura di 5-10 °C) tra quest'area e l'area circostante, causando una piccola deformazione termica (la quantità di deformazione può raggiungere 1-3 μm), che influisce sulla costanza della precisione della lavorazione di precisione (ad esempio la rettifica degli ingranaggi a livello di micron).
Rischio di fatica termica a lungo termine: negli ambienti di officina con frequenti avvii e arresti o grandi sbalzi di temperatura tra giorno e notte, i componenti in granito possono sviluppare microfessure dovute alla ripetuta espansione e contrazione termica, indebolendo gradualmente la rigidità strutturale.
Data di pubblicazione: 24 maggio 2025