Dans les équipements à commande numérique CNC, bien que le granit soit devenu un matériau important grâce à ses propriétés uniques, ses inconvénients inhérents peuvent également avoir des répercussions sur les performances des équipements, l'efficacité d'usinage et les coûts de maintenance. Voici une analyse des impacts spécifiques des défauts du granit sous plusieurs angles :
Premièrement, le matériau est très fragile et sujet à la casse et aux dommages.
Inconvénient principal : le granit est une pierre naturelle et est essentiellement un matériau cassant avec une faible résistance aux chocs (la valeur de résistance aux chocs est d'environ 1 à 3 J/cm², ce qui est bien inférieur aux 20 à 100 J/cm² des matériaux métalliques).
Impact sur les équipements CNC :
Risques liés à l'installation et au transport : Lors de l'assemblage ou de la manutention de l'équipement, en cas de collision ou de chute, les composants en granit (tels que les bases et les rails de guidage) sont sujets aux fissures ou aux ébréchures des angles, ce qui peut entraîner des pertes de précision. Par exemple, si la plateforme en granit d'une machine à mesurer tricoordonnée présente des fissures cachées suite à une mauvaise utilisation lors de l'installation, cela peut entraîner une détérioration progressive de la planéité au fil du temps, affectant les résultats de mesure.
Dangers cachés dans le processus de traitement : lorsque l'équipement CNC subit une surcharge soudaine (comme l'outil entrant en collision avec la pièce), les rails de guidage en granit ou les tables de travail peuvent se briser en raison de l'incapacité à résister à la force d'impact instantanée, provoquant l'arrêt de l'équipement pour maintenance, et même déclenchant une chaîne de défaillances de précision.
Deuxièmement, la grande difficulté de traitement restreint la conception de structures complexes
Inconvénients principaux : le granit a une dureté élevée (6-7 sur l'échelle de Mohs) et doit être broyé et traité avec des outils spéciaux tels que des meules diamantées, ce qui entraîne une faible efficacité de traitement (l'efficacité de fraisage n'est que de 1/5 à 1/3 de celle des matériaux métalliques) et le coût de traitement des surfaces courbes complexes est élevé.
Impact sur les équipements CNC :
Limites de conception structurelle : Pour éviter les difficultés d'usinage, les composants en granit sont généralement conçus avec des formes géométriques simples (telles que des plaques ou des rails de guidage rectangulaires), ce qui complique la réalisation de cavités internes complexes, de plaques renforcées légères et d'autres structures réalisables par moulage/découpe de matériaux métalliques. De ce fait, le poids de la base en granit est souvent trop important (10 à 20 % supérieur à celui de la fonte pour le même volume), ce qui peut augmenter la charge globale de l'équipement et affecter la réponse dynamique lors des mouvements à grande vitesse.
Coûts élevés d'entretien et de remplacement : En cas d'usure ou de dommages localisés sur les composants en granit, il est difficile de les réparer par soudage ou découpage. Il faut généralement remplacer l'ensemble du composant, puis rectifier et calibrer les nouveaux composants pour plus de précision, ce qui entraîne des temps d'arrêt prolongés (un seul remplacement peut prendre deux à trois semaines) et une augmentation significative des coûts d'entretien.
Iii. Incertitude des textures naturelles et des défauts internes
Inconvénient principal : En tant que minéral naturel, le granit présente des fissures internes incontrôlables, des pores ou des impuretés minérales, et l'uniformité du matériau des différentes veines varie considérablement (la fluctuation de densité peut atteindre ± 5 %, la fluctuation du module d'élasticité ± 8 %).
Impact sur les équipements CNC :
Risque d'instabilité de précision : Si la zone d'usinage du composant présente des fissures internes, celles-ci peuvent s'élargir sous l'effet des contraintes lors d'une utilisation prolongée, provoquant des déformations locales et affectant la précision de l'équipement. Par exemple, si les rails de guidage en granit d'une rectifieuse CNC présentent des trous d'aération cachés, ils peuvent s'effondrer progressivement sous l'effet des vibrations à haute fréquence, entraînant une erreur de rectitude excessive.
Différences de performance entre les lots : Les granits issus de lots différents peuvent présenter des fluctuations d'indicateurs clés tels que le coefficient de dilatation thermique et les performances d'amortissement en raison de différences de composition minérale, ce qui affecte la régularité de la production par lots. Sur les lignes de production automatisées nécessitant l'interaction de plusieurs appareils, ces différences peuvent entraîner une augmentation de la dispersion de la précision d'usinage.
Quatrièmement, il est lourd, ce qui affecte les performances dynamiques de l'équipement
Inconvénient principal : le granit a une densité élevée (2,6-3,0 g/cm³) et son poids est environ 1,2 fois celui de la fonte et 2,5 fois celui de l'alliage d'aluminium sous le même volume.
Impact sur les équipements CNC :
Retard de réponse au mouvement : dans les centres d'usinage à grande vitesse ou les machines à cinq axes, la masse importante de la base en granit augmentera l'inertie de charge du moteur linéaire/de la vis mère, ce qui entraînera un retard de réponse dynamique pendant l'accélération/la décélération (ce qui peut augmenter le temps de démarrage-arrêt de 5 % à 10 %), affectant l'efficacité du traitement.
Augmentation de la consommation énergétique : l'entraînement de composants lourds en granit nécessite des servomoteurs plus puissants, ce qui augmente la consommation énergétique globale de l'équipement (des mesures réelles montrent que, dans les mêmes conditions de fonctionnement, la consommation énergétique des équipements à base de granit est de 8 à 12 % supérieure à celle des équipements en fonte). Une utilisation à long terme augmentera les coûts de production.
Cinquièmement, la capacité à résister aux chocs thermiques est limitée
Inconvénient principal : bien que le granit ait un faible coefficient de dilatation thermique, sa conductivité thermique est médiocre (avec une conductivité thermique de seulement 1,5 à 3,0 W/(m · K), soit environ 1/10 de celle de la fonte), et les changements brusques de température locale sont susceptibles de générer des contraintes thermiques.
Impact sur les équipements CNC :
Problème de différence de température dans la zone de traitement : si le fluide de coupe érode de manière concentrée une zone locale de la table de travail en granit, cela peut provoquer un gradient de température (comme une différence de température de 5 à 10 ℃) entre cette zone et la zone environnante, entraînant une déformation thermique mineure (la quantité de déformation peut atteindre 1 à 3 μm), ce qui affecte la cohérence de la précision du traitement de précision (comme le meulage d'engrenages au niveau du micron).
Risque de fatigue thermique à long terme : Dans les environnements d'atelier avec des démarrages et des arrêts fréquents ou de grandes différences de température entre le jour et la nuit, les composants en granit peuvent développer des microfissures en raison de dilatations et de contractions thermiques répétées, affaiblissant progressivement la rigidité structurelle.
Date de publication : 24 mai 2025