Chiunque abbia trascorso del tempo sul pavimento di un laboratorio metrologico sa che la base sotto amacchina di misura a coordinateconta tanto quanto la testa del sensore sopra di esso. Una sonda con ripetibilità inferiore al{1}}micron è buona quanto lo è la superficie su cui si trova. Tuttavia, la scelta del materiale di base viene spesso considerata come un ripensamento, decisa dall'abitudine o da qualunque cosa abbia offerto l'ultimo fornitore, piuttosto che dalla fisica effettiva dell'applicazione.
Ci sono in realtà tre candidati in gioco per la maggior parte delle piattaforme di precisione: granito naturale, ghisa e acciaio saldato o lavorato. Ognuno di essi ha un posto legittimo nelle apparecchiature industriali. Le differenze non si evidenziano nei numeri riportati nei titoli delle specifiche, ma nel modo in cui ogni materiale si comporta una volta che lascia la fabbrica e inizia a vivere in una vera officina.
Il comportamento termico è il punto in cui iniziano le differenze
L'acciaio e la ghisa sono metalli e i metalli si muovono. Una saldatura in acciaio con un coefficiente di dilatazione termica intorno a 11–12 µm/m· grado subirà visibilmente variazioni nel corso di una sola giornata in un'officina dove la temperatura oscilla anche di pochi gradi tra la mattina e il pomeriggio. Per la lavorazione del legno o i telai generali di macchine utensili, tale deriva è irrilevante. Per una CMM con tolleranze di decimi-di-a-micron, è la differenza tra una parte passante e una rifiutata.
Il coefficiente di dilatazione termica del granito è di circa 5–8 µm/m· gradi a seconda della cava specifica e della composizione minerale e, cosa più importante, il granito ha una bassa conduttività termica. Assorbe e rilascia il calore lentamente, il che significa che non "sussulta" ogni volta che si apre una porta o si avvia una macchina a due metri di distanza. Nelle stanze a clima-controllato questo ha meno importanza, ma pochissimi piani di produzione sono perfettamente climatizzati-24 ore su 24 e, anche nelle stanze che lo sono, le fonti di calore transitorie (operatori, illuminazione, apparecchiature adiacenti) creano comunque gradienti locali che una base metallica registrerà quasi immediatamente.
Smorzamento e Vibrazioni
La ghisa ha la reputazione di un buon smorzamento delle vibrazioni e si è guadagnato che - le scaglie di grafite nella sua microstruttura dissipano l'energia in modo efficace, motivo per cui rimane la scelta standard per molti basamenti di macchine utensili. Ma il granito naturale, essendo una struttura cristallina consolidata naturalmente piuttosto che una struttura fusa o saldata, mostra tipicamente una capacità di smorzamento interno molte volte superiore rispetto alla ghisa in geometrie comparabili. Questo è uno dei motivi per cui le piastre di superficie in granito sono diventate lo standard di riferimento predefinito nei laboratori di metrologia a partire dalla metà del-20° secolo: non si trattava di nostalgia, ma del fatto che una lastra di granito si stabilizza più velocemente dopo essere stata disturbata e rimane più silenziosa durante le misurazioni.
L'acciaio, in particolare l'acciaio saldato, ha le prestazioni più deboli in questo caso, a meno che non sia fortemente nervato o riempito con composto smorzante, perché i giunti saldati introducono le proprie risonanze e stress residui che possono rilassarsi molto lentamente nel corso di mesi o anni - esattamente il tipo di lento scorrimento dimensionale che non si desidera con uno strumento di riferimento.
Stabilità dimensionale-a lungo termine
Questo è ciò che sorprende le persone che non hanno lavorato con tutti e tre i materiali nel corso di un ciclo di vita delle apparecchiature pluri-ennale. La ghisa e l'acciaio sono entrambi soggetti a un graduale rilassamento delle tensioni interne derivanti dalla fusione o dalla saldatura. I produttori gestiscono questo problema con processi di ricottura e invecchiamento di distensione e una base in ghisa ben fatta può essere molto stabile ma "ben fatta" richiede un ciclo di raffreddamento e invecchiamento lento e deliberato che molti fornitori a basso costo saltano o accorciano per risparmiare tempo.
Il granito non presenta questo problema allo stesso modo, perché si è formato geologicamente nel corso di milioni di anni e non è sottoposto allo stesso tipo di stress di colata interno. Ciò di cui ha bisogno è una corretta movimentazione: punti di appoggio adeguati durante la rettifica, umidità controllata durante la lappatura e un fornitore che capisca effettivamente dove scorre la grana naturale di una lastra. Una lastra di granito rettificata senza attenzione alla direzione delle venature può comunque deformarsi leggermente nel tempo, proprio per ragioni metallurgiche diverse rispetto ad una lastra di metallo.
Costo, peso e compromessi pratici-
Niente di tutto ciò significa che il granito vince ogni applicazione. Il granito è fragile - non sopporta i carichi d'urto o le cadute e non può essere maschiato, forato o saldato sul-sito come avviene con l'acciaio. Per lo spostamento di telai di macchine, portali o qualsiasi cosa che necessiti di punti di montaggio filettati aggiunti successivamente, l'acciaio o la ghisa sono solitamente ancora la scelta giusta. Il granito ha anche una rigidità unitaria più densa in alcune geometrie, il che può essere un vantaggio (la massa aiuta lo smorzamento) o uno svantaggio (più difficile da spostare, costi di spedizione più elevati) a seconda dell'installazione.
La regola pratica utilizzata dalla maggior parte degli ingegneri metrologici: se l'apparecchiatura misura anziché si muove e se deve mantenere una tolleranza di riferimento per anni anziché mesi, il granito di solito vale lo sforzo aggiuntivo di approvvigionamento. Se l'attrezzatura taglia, pressa o necessita di modifiche sul campo, la ghisa o l'acciaio rimangono la scelta più sensata.
Cosa chiedere a un fornitore
Qualunque sia il materiale incluso nel preventivo, alcune domande tendono a distinguere un fornitore serio da uno che non lo è: qual è la densità effettiva del granito utilizzato e possono fornire un certificato di test di macinazione o cava? Il marmo a volte viene sostituito dal granito da fabbricanti meno scrupolosi perché è più economico e superficialmente simile - ma il marmo è più morbido, più poroso e dimensionalmente meno stabile, quindi la verifica della densità e della durezza è importante. Per le basi in metallo, chiedi informazioni sul processo di distensione-e per quanto tempo è stata invecchiata la fusione prima della lavorazione finale. E per qualsiasi materiale di base, chiedi quale standard di calibrazione è stato utilizzato per verificare la planarità dopo la finitura - un grado DIN 876, ASME B89.3.7 o JIS B7513 dovrebbe essere dichiarato esplicitamente, non solo implicito.
Presso UNPARALLELED, i nostri componenti di base in granito vengono lavorati e lappati internamente-utilizzando strumenti riconducibili agli istituti nazionali di metrologia e ogni piastra viene spedita con il relativo certificato di calibrazione. Ma indipendentemente da chi fornisce la base, la fisica sottostante non cambia - e comprenderla è il primo passo per specificare apparecchiature che mantengano ancora la tolleranza tra cinque anni, non solo il giorno in cui verranno installate.