Dans le domaine de la fabrication et de l'inspection de précision, la résistance à la déformation thermique des matériaux est un facteur clé pour la précision et la fiabilité des équipements. Le granit et la fonte, deux matériaux de base industriels couramment utilisés, ont suscité un vif intérêt en raison de leurs différences de performances dans les environnements à haute température. Afin de visualiser les caractéristiques de déformation thermique de ces deux matériaux, nous avons utilisé une caméra thermique professionnelle pour réaliser des essais continus de 8 heures sur des plateformes en granit et en fonte de même spécification, révélant ainsi les différences réelles grâce aux données et aux images.
Conception expérimentale : simuler des conditions de travail difficiles et capturer avec précision les différences
Pour cette expérience, des plateformes en granit et en fonte de dimensions 1000 mm × 600 mm × 100 mm ont été sélectionnées. Dans un environnement d'atelier industriel simulé (température 25 ± 1 °C, humidité 50 % ± 5 %), grâce à une répartition uniforme des sources de chaleur sur la surface de la plateforme (simulant la génération de chaleur pendant le fonctionnement de l'équipement), la plateforme a fonctionné en continu à une puissance de 100 W pendant 8 heures. La caméra thermique FLIR T1040 (avec une résolution de température de 0,02 °C) et le capteur de déplacement laser haute précision (avec une précision de ± 0,1 μm) ont été utilisés pour surveiller la distribution de la température et la déformation de la surface de la plateforme en temps réel. Les données ont été enregistrées toutes les 30 minutes.
Résultats mesurés : Visualiser la différence de température et quantifier l'écart de déformation
Les données de la caméra thermique montrent qu'après une heure de fonctionnement de la plateforme en fonte, la température maximale de surface a atteint 42 °C, soit 17 °C de plus que la température initiale. Huit heures plus tard, la température est remontée à 58 °C, et un gradient de température distinct est apparu, avec une différence de température de 8 °C entre le bord et le centre. Le chauffage de la plateforme en granit est plus doux. La température atteint 28 °C après une heure seulement et se stabilise à 32 °C après huit heures. L'écart de température de surface est contrôlé à 2 °C près.
D'après les données de déformation, en 8 heures, la déformation verticale au centre de la plateforme en fonte a atteint 0,18 mm, et la déformation de gauchissement sur le bord était de 0,07 mm. En revanche, la déformation maximale de la plateforme en granit n'est que de 0,02 mm, soit moins d'un neuvième de celle de la plateforme en fonte. La courbe en temps réel du capteur de déplacement laser confirme également ce résultat : la courbe de déformation de la plateforme en fonte fluctue fortement, tandis que celle de la plateforme en granit est quasiment stable, démontrant une stabilité thermique extrêmement élevée.
Analyse principale : Les propriétés des matériaux déterminent les différences de déformation thermique
La cause principale de l'importante déformation thermique de la fonte réside dans son coefficient de dilatation thermique relativement élevé (environ 10-12 × 10⁻⁶/℃) et la répartition inégale du graphite à l'intérieur, ce qui entraîne des vitesses de conduction thermique irrégulières et la formation de concentrations locales de contraintes thermiques. Par ailleurs, la fonte présente une capacité thermique massique relativement faible et sa température augmente plus rapidement à absorption de chaleur égale. En revanche, le coefficient de dilatation thermique du granit n'est que de (4-8) × 10⁻⁶/℃. Sa structure cristalline est dense et uniforme, avec une efficacité de conduction thermique faible et uniformément répartie. Associée à sa capacité thermique massique élevée, elle conserve une stabilité dimensionnelle dans les environnements à haute température.
Éclaircissement des applications : le choix détermine la précision, la stabilité crée de la valeur
Dans les équipements tels que les machines-outils de précision et les machines à mesurer tridimensionnelles, la déformation thermique des bases en fonte peut entraîner des erreurs d'usinage ou d'inspection, affectant le rendement des produits qualifiés. La base en granit, grâce à son excellente stabilité thermique, garantit une précision élevée des équipements pendant une longue période. Après qu'une entreprise de fabrication de pièces automobiles a remplacé sa plateforme en fonte par une plateforme en granit, le taux d'erreur dimensionnelle des pièces de précision est passé de 3,2 % à 0,8 %, et l'efficacité de production a augmenté de 15 %.
Grâce à la présentation intuitive et à la mesure précise de la caméra thermique, la différence de déformation thermique entre le granit et la fonte est immédiatement perceptible. Dans l'industrie moderne en quête de précision absolue, le choix de matériaux en granit, offrant une meilleure stabilité thermique, est sans aucun doute une solution judicieuse pour améliorer les performances des équipements et garantir la qualité des produits.
Date de publication : 24 mai 2025