环氧花岗岩机床底座：矿物铸件什么时候值得选

环氧花岗岩是什么，它的阻尼为什么优于铸铁，模具和固化时间的真实成本，矿物铸件真正适合与不适合的机床类型，以及应向矿物铸件供应商询问的问题。

每隔几年，就会有机床制造商问：底座是否应该用矿物铸件，而不是铸铁或钢。答案通常是否定的，而答案为肯定的那些情况值得准确了解，因为在环氧花岗岩胜出的场合，它的优势非常大。

这种材料实际是什么

级配的矿物骨料 (通常是花岗岩或高纯石英)，用环氧树脂粘结，在常温下浇注到模具中。没有熔炉，没有浇注温度，也没有铸造厂需要控制的那种凝固收缩。

这种冷态工艺是它大部分优势的来源。由于没有任何东西是热的，钢制预埋件、衬套、直线导轨垫块、螺纹凸台甚至冷却液通道，都可以在模具中定位并随浇注固定，无需机加工即可到达最终位置。环氧花岗岩以这种方式用于机床结构已有数十年。

这也意味着这种材料没有焊接或铸造那样的残余应力。内部没有任何被锁定、等待被切削释放的东西，这与焊接件的起点确实不同。

阻尼方面的理由

这是选择它的真正原因。制造商公布的阻尼数据，在同等几何形状下远高于金属：BaseTek 表示，其 Zanite Plus 复合材料的阻尼最高可达同等几何形状钢材的 24 倍。请把具体的倍数视为该供应商针对该配方公布的数据，而不是这类材料的通用特性，但方向是没有争议的，而且差距并不小。

铸铁阻尼好，是因为其中的片状石墨。矿物铸件阻尼好，是因为它是刚性颗粒嵌在柔性粘结剂中的复合材料，内部有巨大的界面面积，能把振动转化为热。对于追求表面光洁度的磨床，或者几秒钟稳定时间都很关键的光学或计量框架，这就是全部意义所在。

如实看待热特性

导热率低，热容大。这一点常被当作纯粹的优点来宣传，但事实并非如此。

优点是真实的：局部热源 (主轴电机或液压管路) 不会像在铸铁中那样在结构中传播，因此机床在瞬时热负荷下的变形要慢得多。

缺点是同一特性的反面。一旦结构吸收了热量，散热也很慢。放在昼夜温差大的车间里的矿物铸件机床，温度漂移缓慢，恢复也缓慢。对于放在恒温室中的机床，这没有问题。对于放在无温控车间中的机床，这可能意味着预热时间比铸铁机床更长，而不是更短。

它会让您付出什么

模具即是设计。 这是最重要的一条商业事实。浇注任何东西之前都必须先制作模具，而修改几何形状就意味着修改模具。没有类似于在焊接件上割掉一条筋板再焊上一条新筋板的办法。请在确定采用之前冻结设计。

固化时间。 铸件必须固化后才能搬运、精加工或测量。这是车间里的停滞时间，会使首件交期远远落后于加工厂为焊接件报出的交期。

密度与运费。 这种材料很重。任何尺寸的底座，运费都是一项实实在在的支出，而且与焊接件不同，它无法分段用螺栓连接运输、再到现场组装。

批量。 模具成本必须有足够的数量来摊薄。单件的矿物铸件底座，无论技术上的理由多充分，在商业上几乎总是错误的选择。

它真正胜出的场合

• 计量框架和三坐标测量机。 稳定时间和热稳定性起决定作用，产量则不是重点。
• 光学和激光设备底座。 理由相同，此外这种材料不导电、无磁性，这在某些仪器中很重要。
• 磨削和精加工。 表面光洁度取决于振动衰减的速度。
• 半导体和医疗设备。 需要无磁性结构，钢制机架本身就是问题。

它不适合的场合

• 设计仍在变动。请用焊接件。
• 只做一两件。模具费用无法摊薄。
• 外形尺寸非常大。搬运、模具成本和运费都会急剧上升。
• 您需要在薄截面上获得抗拉强度。请使用金属。
• 您面对的是刚度问题，而不是阻尼问题。加大截面或改进筋板更便宜。

最后一条常常让人上当。刚度和阻尼是不同的特性，却经常被混为一谈。一台机床可以刚性十足却仍然颤振，一台机床也可以阻尼极佳却仍在载荷下变形。在选择材料来解决问题之前，先弄清楚您面对的是哪一种。

大多数制造商忽略的更便宜选项

在确定采用矿物铸件之前，请给填充式焊接结构询个价：这是一种在箱形截面中填充矿物或混凝土芯体的钢结构。您保留了焊接加工交期短、设计易改的优点，又换回了很大一部分阻尼效果。对于大量机床来说，这是合理的折中方案，而它之所以常被忽视，只是因为它没有自己的营销类别。

应向矿物铸件供应商询问什么

• 骨料级配和树脂体系，而不只是商品名。
• 固化制度以及如何控制。
• 预埋件在模具中的定位精度，因为这才是您真正的公差。
• 其配方公布的力学性能，以及测试方法。
• 模具如何处置：归谁所有、存放在哪里、修改一次要花多少钱。

如果您正在将它与其他方案进行权衡，请先阅读铸铁与焊接钢结构的对比，再阅读聚合物混凝土的对比。

常见问题

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