Gang hay thép hàn cho đế máy

Câu hỏi này xuất hiện ở mọi chương trình máy mới và thường được tranh luận trên sai trục. Người ta bàn xem vật liệu nào tốt hơn. Câu hỏi hữu ích là vật liệu nào tốt hơn ở sản lượng của quý khách, cho cấp chính xác của quý khách, theo tiến độ của quý khách, vì câu trả lời thực sự đảo chiều tùy ba yếu tố đó.

Mỗi vật liệu thực sự giỏi ở đâu

Gang xám có chỗ đứng trong máy công cụ nhờ khả năng giảm chấn. Các vảy graphit trong nền tiêu tán năng lượng rung động như ma sát nội, và hiệu ứng này lớn: gang xám giảm chấn tốt hơn khoảng một bậc độ lớn so với tiết diện thép tương đương. Trong một kết cấu mà giới hạn của độ nhám bề mặt là rung động chứ không phải biến dạng, điều đó quan trọng hơn mọi thứ khác trên bảng thông số.

Thép thắng ở độ cứng riêng. Mô đun Young của thép kết cấu khoảng 200 GPa so với khoảng 100–130 GPa của gang xám, nên trên mỗi kilôgam vật liệu đặt đúng chỗ, thép cứng hơn khoảng gấp đôi. Một kết cấu hàn dạng hộp và gân đúng cách có thể nhẹ hơn chi tiết đúc gang mà nó thay thế và vẫn biến dạng ít hơn dưới cùng tải.

Vậy tóm tắt trung thực: gang giảm chấn, thép cứng. Mọi quyết định thực tế là về việc quý khách đang thiếu thứ nào trong hai thứ đó.

Khi nào giảm chấn thôi là yếu tố quyết định

Lập luận về giảm chấn mạnh nhất với các máy bị giới hạn bởi rung động trong cắt gián đoạn hoặc nặng: máy tiện, máy doa, máy phay đời cũ có nhịp dài không được đỡ. Nó yếu đi đáng kể với:

• Máy có tần số riêng cao. Một kết cấu hàn cứng, dạng hộp tốt đẩy dạng dao động đầu tiên lên trên các tần số kích thích mà quá trình thực sự tạo ra. Giảm chấn quan trọng nhất khi có một dạng dao động nằm đúng nơi lực cắt tồn tại; dịch chuyển dạng dao động và vấn đề dịch chuyển theo. Điều này được trình bày sâu hơn trong tần số riêng và rung động trong kết cấu máy.
• Máy mà các mối ghép tạo ra giảm chấn. Giảm chấn trong kết cấu hàn tập trung ở các mối hàn và các mặt ghép bu lông. Một kết cấu có mối nối thiết kế tốt và mặt ghép bắt bu lông có tiền tải có thể tiệm cận gang trong thực tế dù vật liệu khối thì không.
• Kết cấu hàn có chèn đầy. Cát, bê tông hoặc hỗn hợp epoxy-cốt liệu bên trong các tiết diện hộp thêm giảm chấn cho kết cấu thép với giá rẻ. Cách này phổ biến ở xà ngang cổng trục và đế cột, và nó thu hẹp phần lớn khoảng cách. So sánh đầy đủ với kết cấu polymer đúc chuyên dụng có trong đúc khoáng so với thép hàn.

Lập luận sản lượng, thường là thứ quyết định

Gang đi kèm mẫu đúc. Với đế máy, đó là mẫu gỗ hoặc nhựa, hộp lõi, và một xưởng đúc chịu chạy nó: thường vài nghìn đô la và sáu đến mười tuần trước khi có chi tiết đúc đầu tiên. Sau đó mỗi chi tiết đúc thêm là rẻ và giống hệt nhau.

Kết cấu hàn không có chi phí khuôn mẫu. Cắt, gá và hàn bắt đầu ngay tuần bản vẽ được phát hành. Mỗi chiếc thêm tốn xấp xỉ bằng chiếc đầu, vì lao động không được phân bổ như mẫu đúc.

Điểm giao nhau có thật và khá dễ dự đoán:

Sản lượng hằng năm	Câu trả lời thường gặp
1–5	Kết cấu hàn, hầu như luôn luôn
5–25	Kết cấu hàn, trừ khi giảm chấn là ràng buộc chi phối
25–100	Thực sự còn tranh cãi; hãy chạy cả hai báo giá
100+	Đúc, trừ khi chi tiết quá lớn để đúc kinh tế

Kích thước đẩy điểm giao nhau lên cao hơn. Trên khoảng 3 mét ở kích thước dài nhất, số xưởng đúc có thể rót giảm nhanh, cước cho một chi tiết đúc nặng đơn lẻ trở nên đắt, và kết cấu hàn vẫn cạnh tranh ở những sản lượng mà một chi tiết nhỏ hơn đã chuyển sang gang từ lâu.

Thời gian giao hàng và tự do thiết kế

Một kết cấu hàn có thể được thiết kế lại giữa các chiếc. Nếu chiếc máy đầu tiên cho thấy cột cần thêm 20 mm thành hoặc một gân ở chỗ khác, thay đổi chỉ tốn một lần sửa bản vẽ và một tuần. Cùng thay đổi đó với chi tiết đúc tốn một lần sửa mẫu và thêm một chu kỳ xưởng đúc.

Với một máy vẫn đang tìm hình dạng cuối cùng, một mẫu thử, một lô chạy thử, một thiết kế trong hai năm đầu, sự linh hoạt đó thường đáng giá hơn khác biệt về giảm chấn. Một số nhà chế tạo chạy khung hàn cho 20 hoặc 50 máy đầu tiên rồi chỉ chuyển sang gang khi hình học thôi thay đổi. Đó là một trình tự hợp lý, không phải thỏa hiệp.

Khi đường kết cấu hàn có thể đi sai

Hai kiểu hỏng chiếm phần lớn sự thất vọng với đế máy hàn, và cả hai là vấn đề quy trình chứ không phải vật liệu.

Ứng suất dư còn lại trong kết cấu. Hàn khóa ứng suất vào chi tiết. Gia công một mặt mà không khử ứng suất thì kết cấu nhả ứng suất trong những tháng sau. Hình học quý khách đã kiểm tra và chấp nhận lặng lẽ lệch đi. Đây là lý do phổ biến nhất khiến đế hàn kém đế gang khi vận hành, và hoàn toàn có thể tránh được, xem khử ứng suất cho đế máy hàn.

Biến dạng trong khi chế tạo. Một đường hàn sắp xếp kém trên khung dài có thể kéo nó ra khỏi mặt phẳng vài milimét, và lượng dư gia công đã để lại sẽ không bù được. Trình tự, gá kẹp và hạn chế biến dạng quyết định điều này; kiểm soát biến dạng khi hàn kết cấu lớn trình bày các đòn bẩy.

Một xưởng xử lý cả hai điều này một cách có năng lực tạo ra đế hàn giữ được hình học hàng chục năm. Một xưởng bỏ qua chúng tạo ra đế đạt FAI và hỏng vào năm thứ hai. Sự khác biệt không thấy được trong báo giá.

Một trình tự quyết định hiệu quả

1. Xác định ràng buộc chi phối. Máy bị giới hạn bởi rung động, biến dạng tĩnh, giãn nở nhiệt hay chi phí? Chỉ cái đầu tiên nghiêng mạnh về gang.
2. Đếm số chiếc trong ba năm tới, trung thực, kể cả những chiếc bộ phận tiếp thị đang hứa.
3. Đối chiếu kích thước với bản đồ xưởng đúc. Nếu chi tiết vượt khoảng 3 m hoặc 5 t, danh sách xưởng đúc rót được và vận chuyển được ngắn lại rất nhanh.
4. Hỏi thiết kế đã đóng băng chưa. Nếu chưa, kết cấu hàn mua cho quý khách quyền đổi ý.
5. Nếu gang vẫn dẫn về giảm chấn nhưng thua về sản lượng, hãy báo giá kết cấu hàn có chèn đầy trước khi nhượng bộ. Chèn đầy rẻ và đẩy con số giảm chấn đi một đoạn dài.

Hầu hết nhà chế tạo máy trong khoảng 1–50 chiếc chọn kết cấu hàn, khử ứng suất, gia công hoàn thiện, và chọn vì lý do tiến độ và chi phí khuôn mẫu chứ không phải vì luyện kim đòi hỏi. Đó là một câu trả lời kỹ thuật hoàn toàn hợp lý, miễn là kết cấu hàn được đặc tả và xử lý đúng.

Nếu quý khách có thiết kế đế có thể đi theo cả hai hướng và muốn đường chế tạo được báo giá đúng trước khi cam kết một mẫu đúc, hãy gửi bản vẽ qua đây: kết quả rà soát trả về trong vòng 24 giờ làm việc và gồm cả việc hình học có hợp lý để hàn hay không. Phạm vi năng lực đầy đủ nêu các kích thước mạng lưới xử lý được.