Kävele melkein mihin tahansa kalibrointilaboratorioon, CMM-huoneeseen tai puolijohteiden puhdastilaan ja löydät saman materiaalin rakennuksen kalleimpien laitteiden alta: luonnonkiven. Mutta kaikki kivet eivät toimi samalla tavalla, ja ero "graniitin" ja "marmorin" välillä ei ole brändikysymys -, vaan kysymys on kiderakenteesta, tiheydestä ja pitkäaikaisesta-kuormituksen stabiilisuudesta.
Insinööreille, jotka määrittävät pohjalevyn, koneen alustan taimittauksen vertailupintaTämän eron ymmärtäminen ei ole akateemista. Se vaikuttaa toistettavuuteen, lämpökäyttäytymiseen ja sen päälle asennetun laitteiston käyttöikään.
Miksi Stone ylipäätään?
Ennen materiaalien vertailua kannattaa kysyä, miksi luonnonkiveä käytetään ylipäätään tarkkuussovelluksissa, kun valurauta, teräs ja alumiini ovat yleisiä vaihtoehtoja.
Luonnonkivellä on kolme ominaisuutta, joita metallit kamppailevat samanaikaisesti:
Matala ja ennustettava lämpölaajeneminen. Kivi reagoi ympäristön lämpötilan muutoksiin paljon hitaammin kuin metalli, ja sen lämpölaajenemiskerroin on pienempi ja tasaisempi koko materiaalissa.
Korkea sisäinen vaimennus. Kivi absorboi tärinää sen sijaan, että se välittää sitä, mikä on erittäin tärkeää optisten mittausten, laserjärjestelmien ja kaikkien mikrovärähtelylle herkkien prosessien kannalta.
Pitkäaikainen{0}}mittojen vakaus. Toisin kuin valumetalli, louhittu kivi on jo käynyt läpi geologisen "vanhenemisprosessinsa" miljoonien vuosien ajan. Se ei hiipi, väänny tai vähennä sisäistä rasitusta samalla tavalla kuin metallivalu ensimmäisten käyttövuosien aikana.
Näiden kolmen ominaisuuden vuoksi graniittipohjat näkyvät koordinaattimittauskoneiden (CMM), optisten vertailulaitteiden, puolijohteiden tarkastustyökalujen, laserinterferometrien ja tarkkuus-CNC-alustojen alla maailmanlaajuisesti.
Marmorin korvausongelma
Tässä kohtaa hämmennys - ja joskus tarkoituksellinen korvaaminen - tulee markkinoille. Marmori ja graniitti ovat molemmat luonnonkiviä, molempia louhitaan, ja molemmat voidaan leikata, kiillottaa ja lakata litteiksi levyiksi, jotka näyttävät lähes identtisiltä kuin ei--asiantuntija. Mutta geologisesti ne ovat hyvin erilaisia materiaaleja.
Marmori on metamorfinen kivi, joka muodostuu pääasiassa uudelleenkiteytyneestä kalkkikivestä. Sen kiderakenne on suhteellisen karkea ja sen kalsiittikoostumus tekee siitä huomattavasti pehmeämpää ja huokoisempaa kuin magmagraniitti. Graniitti sen sijaan on magmakivi, joka muodostuu hitaasti jäähtyneestä magmasta, ja se koostuu pääasiassa kvartsista, maasälpästä ja kiillekiteistä. Tämä toisiinsa lukittuva kiderakenne antaa graniitille sen ominaisen kovuuden ja jäykkyyden.
Käytännössä tämä tarkoittaa mitattavissa olevia tarkkuussovelluksiin liittyviä eroja:
| Omaisuus | Marmori | Graniitti (musta graniitti) |
|---|---|---|
| Tyypillinen tiheys | ~2700 kg/m³ | ~2 900–3 100 kg/m³ (vaihtelee louhosten/laatujen mukaan) |
| Kovuus (Mohsin asteikko) | ~3–4 | ~6–7 |
| Huokoisuus | Korkeampi, herkempi kosteuden imeytymiselle | Matalampi, mittavakaampi vaihtelevassa kosteudessa |
| Kulutuskestävyys | Alentaa | Korkeampi |
| Pitkäaikainen{0}}tasaisuuden säilyttäminen | Alttiimpi ajautua jatkuvassa kuormituksessa | Parempi pito jatkuvassa kuormituksessa |
Koska marmori on pehmeämpää ja huokoisempaa, se on alttiimpi pinnan kulumiselle toistuvasta kosketuksesta (kuten liikkuvasta CMM-anturista tai liukuvasta pöydästä) ja se imee ympäristön kosteutta helpommin -, mikä voi vaikuttaa hienovaraisesti tasaisuusmittauksiin laboratorioissa ilman tiukkaa kosteuden hallintaa. Graniitin suurempi tiheys ja pienempi huokoisuus tekevät siitä ennustettavamman valinnan sovelluksiin, joissa mikro-- tai sub-mikronitasoisuus on säilytettävä käyttövuosien ajan, ei vain kalibrointihetkellä.
Mikään näistä ei tarkoita, että marmori olisi "huono" materiaali - sillä on laillista käyttöä arkkitehtuurissa, työtasoissa ja koristeellisissa sovelluksissa, joissa näillä ominaisuuksilla ei ole väliä. Ongelma ilmenee erityisesti silloin, kun marmorilla korvataan graniitti metrologiassa tai kone{2}}perussovelluksissa, joissa ostaja on määrittänyt graniitin ja odottaa graniitin fyysistä suorituskykyä, mikä usein vähentää materiaalikustannuksia. Koska nämä kaksi kiveä voivat näyttää samanlaisilta, kun ne on kiillotettu ja maalattu tai pinnoitettu, tämä vaihto ei aina ole ilmeinen tietolomakkeessa tai edes silmämääräisessä tarkastuksessa - se vaatii yleensä tiheystarkistuksen tai kovuustestin vahvistamiseksi.
Mitä kysyä toimittajalta
Graniittikomponentteja hankkiville insinööreille ja hankintatiimeille muutama käytännön kysymys voi auttaa varmistamaan materiaalin aitouden ennen tilauksen lähettämistä:
Pyydä todellista mitattua tiheyttä, ei vain nimellistä spesifikaatiota. Tarkkuussovelluksissa käytettävä musta graniitti on tyypillisesti 2 900–3 100 kg/m³; levy, joka on huomattavasti tämän alueen alapuolella, vaatii lisätestejä.
Kysy louhoksen alkuperää ja kivilaatua. Hyvämaineiset toimittajat voivat jäljittää materiaalin tiettyyn lähteeseen.
Pyydä tasaisuussertifikaatti jäljitettävällä kalibroinnilla, mieluiten vertaamalla interferometriä tai elektronista tasoa, joka on kalibroitu kansallisen metrologian instituutin mukaan.
Tarkista pinnan kovuus, erityisesti levyillä, jotka näkevät toistuvan anturin kosketuksen tai liukuvan liikkeen.
Bottom Line
Kaikissa sovelluksissa, joissa tasaisuus, tärinänvaimennus tai pitkäkestoinen mittojen vakaus ratkaisee - CMM-alustat, optiset penkit, puolijohteiden tarkastusalustat, lineaariset moottorivaiheet tai tarkkuuspintalevyt - graniitin marmorin päällä oleva fyysinen kotelo on yksinkertainen: parempi tiheys, korkeampi, suurempi kovuus ja pienempi kuormituskestävyys. Sekaannus näiden kahden materiaalin välillä on ymmärrettävää, kun otetaan huomioon niiden pinnan samankaltaisuus, mutta taustalla oleva geologia kertoo hyvin erilaisen tarinan siitä, kuinka kukin toimii viiden tai kymmenen vuoden kuluttua.
Tämä artikkeli on osa meneillään olevaa teknistä sarjaa, jossa käsitellään tarkkuuskivikomponentteja metrologiaan ja koneenrakennussovelluksiin{0}}. Materiaalispesifikaatioita tai testausta koskevissa kysymyksissä tarkkuusvalmistajat, joilla on omat-metrologialaboratoriot, voivat yleensä parhaiten tarjota jäljitettäviä tietoja nimellisten luetteloarvojen sijaan.