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 de la production et les coûts de maintenance. L'analyse suivante porte sur les impacts spécifiques induits par les défauts du granit, selon plusieurs dimensions :
Premièrement, le matériau est extrêmement fragile et sujet à la casse et aux dommages.
Principal inconvénient : le granit est une pierre naturelle et constitue essentiellement un matériau fragile avec une faible résistance aux chocs (la valeur de résistance aux chocs est d’environ 1 à 3 J/cm², ce qui est beaucoup inférieur aux 20 à 100 J/cm² des matériaux métalliques).
Impact sur les équipements CNC :
Risques liés à l'installation et au transport : Lors du montage ou de la manutention de l'équipement, en cas de choc ou de chute, les composants en granit (tels que les socles et les rails de guidage) sont susceptibles de se fissurer ou de s'ébrécher, ce qui peut entraîner une perte de précision. Par exemple, si la plateforme en granit d'une machine à mesurer tridimensionnelle présente des fissures cachées dues à une mauvaise manipulation lors de l'installation, cela peut provoquer une détérioration progressive de sa planéité à long terme, affectant ainsi les résultats de mesure.
Dangers cachés dans le processus de traitement : lorsqu’un équipement CNC subit une surcharge soudaine (par exemple, la collision de l’outil avec la pièce à usiner), les rails de guidage en granit ou les tables de travail peuvent se briser en raison de leur incapacité à résister à la force d’impact instantanée, ce qui entraîne l’arrêt de l’équipement pour maintenance, voire déclenche une série de défaillances de précision.
Deuxièmement, la difficulté de traitement élevée limite la conception de structures complexes.
Principaux inconvénients : le granit a une dureté élevée (6-7 sur l’échelle de Mohs) et doit être meulé 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 :
Limitations de conception structurelle : Afin d’éviter les difficultés de mise en œuvre, les composants en granit sont généralement conçus selon des formes géométriques simples (plaques, rails de guidage rectangulaires, etc.), ce qui rend difficile la réalisation de cavités internes complexes, de plaques raidies légères et d’autres structures réalisables par moulage ou usinage 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 un même volume), ce qui peut accroître la charge totale de l’équipement et affecter sa réponse dynamique lors de déplacements à grande vitesse.
Coûts élevés d'entretien et de remplacement : En cas d'usure ou de dommages localisés sur les composants en granit, leur réparation par soudage ou découpe s'avère complexe. Il est généralement nécessaire de remplacer l'ensemble du composant, puis de rectifier et de calibrer les nouveaux composants pour garantir leur précision. Ceci entraîne une immobilisation prolongée (un seul remplacement peut prendre de deux à trois semaines) et une augmentation significative des coûts d'entretien.
III. Incertitude quant aux textures naturelles et aux défauts internes
Inconvénient majeur : En tant que minéral naturel, le granit présente des fissures internes, des pores ou des impuretés minérales incontrôlables, 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'étendre sous l'effet des contraintes lors d'une utilisation prolongée, provoquant une déformation locale et affectant la précision de l'équipement. Par exemple, si les rails de guidage en granit d'une rectifieuse CNC comportent des orifices d'aération cachés, ils peuvent s'affaisser progressivement sous l'effet de vibrations à haute fréquence, entraînant un défaut de rectitude excessif des rails.
Différences de performance entre lots : Les matériaux granitiques provenant de lots différents peuvent présenter des fluctuations de leurs indicateurs clés, tels que le coefficient de dilatation thermique et les performances d’amortissement, en raison de différences de composition minérale. Ces fluctuations affectent la régularité de la production par lot. Pour les lignes de production automatisées nécessitant l’interaction de plusieurs dispositifs, ces différences peuvent entraîner une augmentation de la dispersion de la précision de traitement.
Quatrièmement, son poids élevé affecte les performances dynamiques de l'équipement.
Inconvénient majeur : 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 dans le même volume.
Impact sur les équipements CNC :
Délai de réponse du mouvement : Dans les centres d’usinage à grande vitesse ou les machines à cinq axes, la masse importante du socle en granit augmente l’inertie de charge du moteur linéaire/vis-mère, ce qui entraîne un délai de réponse dynamique lors de l’accélération/décélération (pouvant augmenter le temps de démarrage/arrêt de 5 % à 10 %), affectant ainsi l’efficacité du traitement.
Consommation énergétique accrue : 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 qu’à conditions de fonctionnement identiques, la consommation énergétique d’un équipement à base de granit est de 8 à 12 % supérieure à celle d’un équipement en fonte). À long terme, une utilisation prolongée entraînera une augmentation des coûts de production.
Cinquièmement, la capacité à résister aux chocs thermiques est limitée
Inconvénient majeur : Bien que le granit ait un faible coefficient de dilatation thermique, sa conductivité thermique est faible (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 (tel qu'une différence de température de 5 à 10 °C) entre cette zone et la zone environnante, entraînant une légère déformation thermique (la quantité de déformation peut atteindre 1 à 3 µm), ce qui affecte la précision et la constance du traitement de précision (tel que la rectification 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 la dilatation et de la contraction thermiques répétées, affaiblissant progressivement la rigidité structurelle.
Date de publication : 24 mai 2025