Principio de aplicación del mecanizado a temperatura constante para componentes estructurales de granito de máquinas-herramienta de alta precisión

El coeficiente de dilatación térmica del granito (como el «Jinan Blue») es de aproximadamente 4,5e-6/℃. Aunque es muy superior al del hierro fundido, una diferencia de temperatura de 1 ℃ en un componente de 1 m sigue provocando una deformación de unas 4,5 μm. Lograr un mecanizado con precisión de micras a submicras Debe llevarse a cabo mediante una integración «cinco en uno» que comprenda: temperatura ambiente constante, temperatura constante de la pieza de trabajo, control de la fuente de calor durante el mecanizado, envejecimiento por tensión e inspección a temperatura constante.

Temperatura de referencia estándar del sector: 20 ℃; talleres de componentes de precisión estándar: 20 ± 1 ℃; instalaciones de clase 000 y de equipos semiconductores: 20 ± 0,5 ℃; ultraprecisión de clase litográfica: hasta 20 ± 0,1 ℃. Al mismo tiempo, la humedad se mantiene entre el 45 y el 55% % de humedad relativa para evitar la dilatación por absorción de humedad de la piedra y la corrosión de las piezas incrustadas.

I. Entorno general del taller a temperatura constante (Fundamentos del macroentorno)

1. Sistema de taller a temperatura constante
   Utilizar un sistema de aire acondicionado central de precisión con frecuencia variable y retorno de aire estabilizado, con suministro de aire a través de un difusor superior. Queda estrictamente prohibido dirigir el flujo de aire directamente hacia las piezas de trabajo y las amoladoras. Velocidad del viento en el interior ≤ 0,2 m/s para reducir los gradientes locales de calor y frío; instalar vestuarios de transición para aislar la entrada de aire caliente y frío del exterior.
2. Aislamiento del suelo: El suelo está provisto de una capa aislante para amortiguar las fluctuaciones estacionales de la temperatura del suelo. Los componentes de gran tamaño tienen un peso propio considerable, y el gradiente de temperatura del suelo puede provocar una deformación por flexión debido a la diferencia de temperatura entre la parte superior e inferior del componente.
3. Aislamiento de la fuente de calor: Los motores de las rectificadoras, las unidades de refrigeración, los compresores de aire y el sistema de iluminación están aislados de la sala de mecanizado de temperatura constante. La disipación de calor generada por el personal también constituye una fuente de interferencias; por lo tanto, debe controlarse el número de personas presentes en los puestos de trabajo de alta precisión.

El mecanizado en bruto (serrado, fresado en bruto) no requiere una temperatura constante; El rectificado de semiprecisión, el rectificado de precisión, el pulido y la inspección final deben realizarse en el taller a temperatura constante.

II. Mantenimiento de la pieza a temperatura constante (el paso fundamental que más fácilmente se pasa por alto)

El granito tiene una elevada inercia térmica, y la sincronización entre las temperaturas internas y externas en bloques de gran tamaño es muy lenta. Las piezas no se pueden mecanizar inmediatamente después de su llegada.

1. Una vez finalizado el mecanizado en bruto (serrado, ranurado, taladrado e inserción previa de manguitos de acero), se trasladan al taller de temperatura constante para su recocido estático:

• Piezas pequeñas y medianas: ≥12-24 h;
• Bases grandes / componentes de pórtico (>1 m): Entre 7 y 30 días de inmersión estática a temperatura constante, para garantizar que las temperaturas interna y superficial de la piedra sean totalmente coherentes con el entorno del taller, sin que haya ningún gradiente de temperatura entre el interior y el exterior.

1. Envejecimiento artificial mediante ciclos de calor y frío (como alternativa al remojo natural a largo plazo): ciclo de 24 horas de aislamiento a 80 ℃ → 4 horas de aislamiento a -10 ℃, seguido de un remojo a temperatura constante de 20 ℃ durante 72 horas; para liberar las tensiones de mecanizado provocadas por el serrado y el taladrado; La velocidad de calentamiento debe ser estrictamente de 5-8 ℃/h, y queda estrictamente prohibido el calentamiento o enfriamiento rápido para evitar la aparición de microfisuras internas en la piedra.
2. Transferencia entre procesos: Una vez que los componentes salen del taller de temperatura constante para someterse a procesos como el chorro de arena y el encolado, deben volver a aclimatarse al regresar a la zona de temperatura constante. Solo se permite su paso por la amoladora cuando la diferencia de temperatura es inferior a 0,5 ℃.

Aunque la temperatura ambiente sea de 20 ℃, un bloque de granito que acaba de traerse del exterior puede parecer que tiene una temperatura superficial de 20 ℃, pero aún así puede existir una diferencia de temperatura interna de entre 2 y 3 ℃. Durante el esmerilado, seguirá deformándose lentamente y la precisión se verá mermada a medida que se avance en el proceso.

III. Control de la fuente de calor durante el proceso de mecanizado (El calor generado durante el mecanizado no debe provocar un aumento de la temperatura de la piedra)

El granito tiene una baja conductividad térmica, y el calor generado durante el rectificado puede provocar puntos calientes locales y deformaciones térmicas localizadas. Aunque la temperatura ambiente se mantenga constante, un aumento local de la temperatura en la pieza de trabajo seguirá afectando a la precisión.

1. Refrigeración por agua de gran caudal para amoladoras de diamante: Utiliza un caudal abundante de líquido refrigerante para el rectificado a temperatura constante, con la temperatura del líquido controlada a 20 °C ± 0,5 °C; elimina inmediatamente el calor generado por el rectificado y evita que se produzca un aumento local de la temperatura en la piedra.
2. Rectificado progresivo en varias pasadas, sin cortes profundos: Rectificado en bruto → Rectificado de semiprecisión → Rectificado de precisión → Pulido; el margen de cada pasada de rectificado es muy pequeño para evitar una generación instantánea de calor a gran escala; no se debe intentar alcanzar la dimensión final en una sola pasada.
3. Enfriamiento intermitente durante el rectificado: Detenga la máquina tras cada intervalo de rectificado, deje que la pieza se enfríe por completo hasta alcanzar la temperatura ambiente del puesto de trabajo y, a continuación, continúe con la siguiente pasada.
4. Equipos de alta gama: Las bases de pórtico gigantes de granito cuentan con canales de refrigeración por agua preintegrados en su interior, conectados a enfriadores de precisión, para reducir de forma activa el gradiente de temperatura interno; se utilizan principalmente como bases para equipos de semiconductores.

IV. Lógica de unión en los procesos de mecanizado y temperatura constante

1. Recorte, corte con sierra de hilo, fresado en bruto y ranurado: taller convencional, no se requiere temperatura constante, dejar margen de rectificado.
2. Se ha completado el mecanizado de desbaste → Alivio de tensiones (recueco natural a temperatura constante / ciclos térmicos artificiales).
3. Trasladar al taller de temperatura constante para el remojo; una vez alcanzado el equilibrio térmico, comenzar rectificado de semiprecisión, rectificado de precisión y rectificado manual, que debe realizarse íntegramente en un entorno a temperatura constante.
4. Incrustación de manguitos de acero, inyección de adhesivo: el curado del adhesivo también debe realizarse en el taller a temperatura constante para eliminar las tensiones de contracción debidas al curado; tras el curado, se debe dejar reposar de nuevo antes de rectificar con precisión la superficie de referencia.
5. La inspección de precisión también debe realizarse a temperatura constante.: Los interferómetros láser y los autocolimadores detectan la planitud y la perpendicularidad; tanto el componente como los instrumentos de inspección deben estar a la misma temperatura constante para que los datos de la inspección sean realmente válidos.

V. Solución de temperatura microconstante local (solución mejorada)

En el caso de piezas únicas de ultraprecisión, además de la temperatura constante del gran taller, se instala alrededor de la máquina herramienta una cubierta aislada, a prueba de polvo y de temperatura constante. En el interior de la cubierta se lleva a cabo un control secundario de la temperatura para limitar las fluctuaciones locales a ±0,3 °C, aislando así las pequeñas perturbaciones causadas por los movimientos del personal y la iluminación.

VI. Diferencias clave en el mecanizado a temperatura constante con bancadas de hierro fundido

1. El granito tiene una enorme inercia térmica, por lo que el El tiempo de remojo es mucho mayor que el de las piezas de hierro fundido; el hierro fundido tarda unas horas, mientras que el granito de gran tamaño requiere entre días y semanas.
2. El granito tiene una baja conductividad térmica, lo que hace que los puntos calientes locales que se producen durante el rectificado sean más perjudiciales y requiere un mayor control de la temperatura del agua de refrigeración durante el rectificado.
3. El granito no es propenso a la corrosión, pero puede expandirse debido a la absorción de humedad; por lo tanto, es necesario controlar la humedad al mismo tiempo que se mantiene una temperatura constante.
4. El alivio de tensiones en el granito se basa en un recocido a temperatura constante a largo plazo o en ciclos térmicos; en el caso del hierro fundido, se recurre más al alivio de tensiones mediante vibración.