Įvadas: Išsamus didelio{0}}tiksliųjų surinkimų projektavimo vadovas
Kai projektavimo inžinieriai pradeda kurti naujos-kartos puslaidininkinę įrangą, koordinacinius matavimo įrankius ar itin-tikslius CNC šlifavimo stakles, jie susiduria su svarbiu medžiagų pasirinkimu. Mašinos konstrukcinė kilpa turi išlaikyti dideles dinamines apkrovas, kartu išlaikant sub-mikronų geometrines nuorodas. Šiuose techniniuose DUK pateikiami pagrindiniai fiziniai klausimai, konstrukciniai skaičiavimai ir medžiagų palyginimo metrika, į kuriuos mechanikos inžinieriai turi atsižvelgti kurdami itin tikslias konstrukcines sistemas.
1 klausimas: Kodėl granitas yra fiziškai pranašesnis už pilkąjį ketų stacionarioms metrologijos bazėms?
A1: Natūralus juodas granitas turi tris pagrindinius fizinius pranašumus, palyginti su ketaus: išskirtinis šiluminis stabilumas, atsparumas matmenų poslinkiui dėl liekamojo įtempimo ir visiškas atsparumas korozijai ir magnetiniams laukams.
Žvelgiant iš šiluminės perspektyvos, NEPARALLETO granito linijinis šiluminio plėtimosi koeficientas yra maždaug nuo 5,0 iki 6,0 x 10^-6 vienam kelvinui, o ketaus yra maždaug 12,0 x 10^-6 vienam kelvinui. Tai reiškia, kad vietinių temperatūros svyravimų metu granitas patiria mažiau nei pusę geležies matmenų iškraipymo.
Be to, ketaus yra linkęs į ilgalaikį -mikro-struktūrinį mikro{1}}atpalaidavimą, o tai lemia laipsnišką matmenų poslinkį per ilgus naudojimo metus. Natūralus juodas granitas, geologiškai senėjęs milijonus metų, veikiant didžiuliam plutos slėgiui, yra visiškai be vidinio įtempimo, o tai garantuoja, kad jo ranka{3}}aplenkti etaloniniai paviršiai išliks stabilūs dešimtmečius.
Granito plėtimosi greitis (maždaug 5,5 x 10^-6 vienam kelvinui) yra mažesnis nei pusė ketaus (apie 12,0 x 10^-6 kelvinui).
2 klausimas: kokiomis dinamiškomis aplinkybėmis inžinierius turėtų nurodyti silicio karbido (SiC) keramiką, o ne natūralų granitą?
A2: silicio karbidas (SiC) turėtų būti pasirinktas, kai judantiems komponentams vienu metu reikalinga didelė -pagreičio dinamika, didelis konstrukcijos standumas ir maža masė. Nors granitas yra išskirtinė medžiaga masyviems, stacionariems pamatams, dėl didelio masės tankio (3100 kilogramų kubiniame metre) ir santykinai mažo Youngo modulio (maždaug 60–80 Giga{6}}Paskalių) jis netinkamas didelės spartos judėjimo portalams ar vertimo etapams.
SiC keramika pasižymi neįtikėtinu Youngo moduliu, viršijančiu 380 giga{1}}paskalių, kartu su mažu 3,15 gramo kubiniame centimetre tankiu. Dėl to gaunamas fenomenalus specifinis standumas – maždaug 120 Giga{5}}Paskalių viename grame kubiniame centimetre, todėl judančios konstrukcijos spinduliai gali įsibėgėti daugiau nei 20 metrų per sekundę kvadratu be struktūrinės deformacijos, sumažinant nusistovėjimo laiką ir žymiai padidinant puslaidininkių plokštelių pralaidumą.
3 klausimas: kaip mineralinis liejimas sumažina CNC apdirbimo ciklo laiką ir pagerina paviršiaus apdailos kokybę?
A3: svarbiausias veikimo skirtumas yra vibracijos slopinimas. Mineraliniame liejinyje yra epoksidinės-dervos užpildo matrica, kuri sugeria mechaninės vibracijos energiją iki 10 kartų greičiau nei tradicinis pilkasis ketus.
Didelio{0}}greičio frezavimo ar šlifavimo metu pjovimo įrankis sužadina mašinos konstrukciją. Jei mašinos bazė yraketaus, šios vibracijos išlieka, todėl įrankio trinktelėjimas ir ruošinio paviršiaus trūkumai. Didelis mineralinio liejinio slopinimo koeficientas (apie 0,02) greitai slopina šias vibracijas. Tai leidžia CNC staklėms dirbti žymiai didesniu suklio greičiu ir pastūma, todėl sutrumpėja ciklo laikas ir pasiekiamas mažesnis nei 0,1 mikrometro paviršiaus šiurkštumas ir pailgėja pjovimo įrankio tarnavimo laikas iki 30 procentų.
Mineralinio liejinio slopinimo koeficientas yra maždaug 10 kartų didesnis nei pilkojo ketaus.
4 klausimas: kokie aplinkos ir terminio stabilizavimo protokolai reikalingi prieš galutinį sistemos kalibravimą?
A4: Sub-mikronų metrologijos sistemoms kalibravimo aplinka turi būti griežtai reguliuojama iki 20 laipsnių Celsijaus, plius arba minus 0,5 laipsnio, o santykinė oro drėgmė – 40–60 procentų.
Kadangi nemetalinės konstrukcinės medžiagos, tokios kaip granitas, turi mažą šilumos laidumą (apie 3,0 vatų kelvino metrui), jos lėtai reaguoja į aplinkos temperatūros pokyčius. Todėl bet kuris komponentas, įvežtas į metrologijos laboratoriją, turi būti bent 48–72 valandų terminio mirkymo laikotarpis, kad būtų pasiekta visa, vienoda šiluminė pusiausvyra.
Matavimai, atlikti iki visiško šiluminio stabilizavimo, bus iškreipti dėl vidinių šiluminių gradientų, dėl kurių atsiras lenkimas ir neteisingi kalibravimo rodmenys.
5 klausimas: ar metalinius sriegius ir tikslius kreipiklius galima patikimai pritvirtinti prie granito ir mineralinio liejimo konstrukcijų?
A5: Taip. UNPARALLELED specializuojasi pagal užsakymą metalinių komponentų integravime į granito ir mineralinio liejimo pagrindus.
Granito pagrindams labai{0}}tikslios skylės išgręžiamos CNC-, o nerūdijančio plieno arba invarinio sriegio įdėklai visam laikui suklijuojami naudojant patentuotas didelio -stiprumo epoksidines kompozicijas. Pirmenybė teikiama Invar, nes jo šiluminio plėtimosi koeficientas (maždaug 1,2 x 10^-6 vienam kelvinui) sumažina lokalizuotą įtempių koncentraciją akmens ir metalo sąsajoje.
Mineraliniam liejimui plieninės tvirtinimo plokštės, aušinimo linijos ir elektros vamzdžiai gali būti išlieti tiesiai į kompozicinę konstrukciją šalto kietėjimo proceso metu. Taip sukuriama labai integruota, monolitinė struktūra su nuliu liekamuoju įtempimu.
6 klausimas: kaip mineralinio liejimo šilumos laidumas lyginamas su ketaus ir kodėl tai svarbu?
A6: mineralinio liejimo šilumos laidumas yra labai mažas – maždaug 1,5–2,0 vatų vienam kelvino metrui, o ketaus šilumos laidumas yra didelis – maždaug 50 vatų kelvino metrui.
Mašinų dirbtuvėse su aplinkos temperatūros svyravimais ketus greitai praleidžia šilumą, todėl visas mašinos rėmas greitai deformuojasi reaguodamas į vietinius šilumos šaltinius (pvz., suklio variklį ar aušinimo skysčio baką).
Mineralinis liejimas veikia kaip šilumos izoliatorius. Jis itin lėtai reaguoja į temperatūros šuolius, vietinius šilumos šaltinius ir skersvėjus. Šis didžiulis terminis slopinimas apsaugo nuo trumpalaikių -terminių iškraipymų, todėl apdirbimo ašių geometrinė išlygiavimas ir tikslumas išlieka stabilūs visą darbo dieną.