Kết cấu hàn gia công hay đúc: cách chọn cho bệ máy
Với bệ máy, cột hoặc thân máy, có hai cách làm đã được khẳng định: đúc bằng gang xám, hoặc chế tạo từ thép tấm rồi gia công. Cả hai đều đáng tin. Lựa chọn thường quy về số lượng, thời gian giao và việc quý khách cần giảm chấn hơn là cần độ cứng.
Tóm tắt ngắn
| Kết cấu thép hàn gia công | Gang đúc | |
|---|---|---|
| Chi phí khuôn mẫu | Không có | Mẫu đúc: đáng kể, mất nhiều tuần để làm |
| Thời gian giao, chiếc đầu tiên | 8–12 tuần | 16–24 tuần gồm cả mẫu đúc |
| Giá thành mỗi chiếc ở số lượng 1–10 | Thấp hơn | Cao hơn |
| Giá thành mỗi chiếc ở số lượng 50+ | Cao hơn | Thấp hơn |
| Độ cứng trên đơn vị khối lượng | Cao hơn (E ≈ 200 GPa) | Thấp hơn (E ≈ 100–130 GPa) |
| Giảm chấn rung | Thấp | Cao |
| Thay đổi thiết kế | Rẻ, vẽ lại và cắt | Đắt, làm mẫu mới |
| Hình học bên trong phức tạp | Khó | Tự nhiên |
| Khả năng sửa chữa | Hàn được | Khó |
Độ cứng: thép thắng trên giấy
Mô đun Young của thép khoảng 200 GPa. Gang xám khoảng 100–130 GPa tùy mác. Với cùng tiết diện, thép cứng gần gấp đôi.
Trên thực tế khoảng cách thu hẹp, vì vật đúc thường được thiết kế với thành dày hơn và gân rộng rãi hơn, quá trình đúc làm hình học nhiều gân phức tạp gần như miễn phí, trong khi mỗi gân trong kết cấu hàn là thêm một chi tiết phải cắt, gá và hàn.
Vì vậy phát biểu trung thực là: kết cấu hàn đạt một độ cứng cho trước với khối lượng thấp hơn; vật đúc đạt nó với giá thành mỗi chiếc thấp hơn khi đã có mẫu đúc.
Giảm chấn: gang thắng, và quan trọng hơn người ta tưởng
Các mảnh graphite của gang xám cho khả năng giảm chấn nội tại tốt hơn thép cỡ một bậc độ lớn. Năng lượng rung đi vào nhiệt bên trong vật liệu thay vì ngân vang.
Với máy công cụ chính xác, máy mài, máy khoan tọa độ, bất cứ thứ gì mà độ nhẵn bề mặt bị quyết định bởi rung động, đây là toàn bộ lập luận, và là lý do thân máy công cụ làm bằng gang suốt một thế kỷ.
Với bệ đỡ bơm, hộp số hay bàn thử nghiệm, nó ít quan trọng hơn nhiều, và kết cấu hàn thường là đáp án tốt hơn.
Con đường ở giữa: kết cấu thép hàn có giảm chấn được thiết kế sẵn. Các lựa chọn gồm đổ cát hoặc bê tông polymer vào tiết diện hộp, bắt thêm lớp giảm chấn dạng lớp ràng buộc, hoặc đơn giản là thêm khối lượng ở nơi phân tích dao động cho thấy có ích. Chúng lấy lại một phần đáng kể khoảng cách với chi phí vừa phải.
Thời gian giao và vấn đề mẫu đúc
Vật đúc cần một mẫu. Làm mẫu mất nhiều tuần, tốn tiền thật, và khóa cứng hình học. Sau đó còn hàng đợi xưởng đúc, rót, nguội, ủ lão hóa và gia công.
Kết cấu hàn chỉ cần một file DXF và một tấm thép. Sự bất đối xứng đó chi phối các dự án giai đoạn đầu:
- Mẫu thử hoặc chiếc đầu tiên: kết cấu hàn, hầu như luôn. Quý khách sẽ đổi thiết kế, và với kết cấu hàn việc đó chỉ tốn một lần vẽ lại.
- Số lượng thấp, 1–20 chiếc mỗi năm: kết cấu hàn, thường là vậy. Phân bổ chi phí mẫu đúc hiếm khi hợp lý.
- Sản xuất ổn định, 50+ chiếc: vật đúc bắt đầu thắng, với điều kiện thiết kế đã chốt.
Tự do thiết kế có hai mặt
Vật đúc làm hình học cong, hữu cơ, có gân bên trong một cách tự nhiên. Kết cấu hàn buộc quý khách vào thép tấm phẳng và tiết diện thẳng, đôi khi nghĩa là nhiều vật liệu hơn để đạt cùng đặc tính tiết diện.
Kết cấu hàn làm lớn một cách tự nhiên. Vượt một kích thước nhất định, xưởng đúc rót được chi tiết trở nên hiếm và đắt, trong khi xưởng chế tạo chỉ cần cầu trục lớn hơn. Với một thân máy 6 m, kết cấu hàn thường là đáp án thực tế duy nhất.
Kết cấu hàn cũng xử lý tốt cấu tạo hỗn hợp, thép tấm dày ở nơi tải tập trung, mỏng ở nơi không, một chi tiết chèn gia công ở nơi đặt ổ trục. Vật đúc là một vật liệu từ đầu đến cuối.
Kết cấu hàn gia công thực sự gồm những gì
Đáng nói rõ, vì “chế tạo” đôi khi bị hiểu là “thô”:
- Cắt thép tấm theo biên dạng, chuẩn bị mép
- Gá lắp trong đồ gá, hàn đính, kiểm tra độ vuông
- Hàn theo quy trình đã được đánh giá chất lượng, với trình tự được lập kế hoạch để kiểm soát biến dạng, xem welding distortion control on heavy plate
- Giảm ứng suất: bước làm cho phần còn lại giữ được, nêu trong stress relief for welded machine bases
- Gia công thô
- Giảm ứng suất lần thứ hai trên các tiết diện chịu ứng suất lớn
- Gia công tinh đến dung sai cuối cùng
- Kiểm tra kích thước, thường bằng laser tracker trên phạm vi lớn
Bước 4 và 6 là điều phân biệt một bệ máy với một sản phẩm chế tạo thông thường. Bỏ chúng thì chi tiết xê dịch sau khi giao.
Các yếu tố chi phí khác nhau
Chi phí của vật đúc bị chi phối bởi phân bổ mẫu đúc, khối lượng rót và gia công. Làm chi tiết nặng thêm 20% hầu như không làm giá mỗi chiếc nhúc nhích một khi đã có mẫu đúc.
Chi phí của kết cấu hàn bị chi phối bởi giờ công: cắt, gá, hàn, số lần gá gia công. Làm chi tiết nặng thêm 20% với cùng số mối nối cũng ít thay đổi; nhưng thêm hai mươi bát thì có. Chi tiết nằm trong điều gì quyết định chi phí của khung nặng và skid.
Trình tự ra quyết định
- Rung động hay giảm chấn là yêu cầu chi phối không? Nếu có, nghiêng về gang đúc, hoặc kết cấu hàn có giảm chấn được thiết kế sẵn.
- Quý khách sẽ làm bao nhiêu chiếc trong ba năm? Dưới khoảng hai mươi, nghiêng về kết cấu hàn.
- Thiết kế đã chốt chưa? Nếu chưa, kết cấu hàn.
- Có kích thước nào lớn hơn khoảng 3 m không? Kết cấu hàn ngày càng là đáp án thực tế.
- Cần chiếc đầu tiên sớm đến mức nào? Kết cấu hàn tiết kiệm khoảng hai tháng.
- Có cần sửa chữa hoặc cải tạo tại hiện trường không? Kết cấu hàn, có thể cắt ra và hàn lại.
Phần lớn bệ thiết bị công nghiệp, skid, khung máy ép và bàn thử nghiệm rơi vào kết cấu hàn. Thân máy công cụ chính xác sản xuất hàng loạt rơi vào vật đúc. Các trường hợp thú vị nằm ở giữa, và đáng được mô hình hóa thay vì giả định.
Đang cân nhắc quyết định này trên một bệ thực tế? Hãy gửi bản vẽ hoặc trường hợp tải và trong vòng 24 giờ làm việc chúng tôi cho biết những xưởng nào phù hợp với hướng chế tạo. Họ báo chi phí và thời gian giao trực tiếp.