Čelična zavariva konstrukcija naspram mašinskog baza od mineralnog liva za prigušenje vibracija

PFT, Shenzhen

Apstraktno

Dizajn baze mašine igra ključnu ulogu u stabilizaciji tačnosti obrade putem kontrole vibracija. Ova studija upoređuje baze od zavarenog čelika i mineralnog liva s obzirom na efikasnost prigušenja vibracija. Razvijeni su modeli konačnih elemenata i sprovedeno je modno testiranje radi ocenjivanja sopstvene frekvencije, koeficijenta prigušenja i odziva pomeranja pri simuliranim srezujućim opterećenjima. Rezultati pokazuju da baze od mineralnog liva imaju 18–25% veću sposobnost prigušenja u odnosu na zavarene čelične baze, naročito u frekventnom opsegu od 200–500 Hz. Međutim, zavarene čelične konstrukcije pokazuju prednosti u smislu krutosti konstrukcije i nižih početnih troškova. Dobijeni rezultati pružaju kvantitativne dokaze za izbor materijala baza mašina u skladu sa prioritetima performansi.

1 Uvod

Базе алатних машина су од суштинске важности за стабилност целокупног система. Вибрације које настају током обраде на великим брзинама директно утичу на тачност димензија, хабање алата и квалитет површине. Избор материјала за базну конструкцију одређује крутост и способност апсорпције вибрација. Иако се челичне заварене конструкције широко користе због једноставности израде, базе од минералног ливеног камена добијају на значају због бољих перформанси у апсорпцији вибрација. Овај рад испитује квантитативне разлике између ова два материјала у контролисаним експерименталним условима.

2 Методологија истраживања

2.1 Приступ пројектовању

Израђена су два базна прототипа идентичне геометрије: један од заварених челичних плоча, а други од композитног минералног ливеног камена. Оба дизајна су пратила стандардне димензије база алатних машина (1,2 m × 0,8 m × 0,6 m).

2.2 Извори података

• Карактеристике материјала узете су из техничких листова добијених од произвођача и потврђене су испитивањима на затезање и притисак.

• Подаци о тестовима вибрација прикупљени су из домаћих експеримената који су спроведени у периоду мај–јул 2025.

2.3 Експериментални алати и модели

• Анализа коначних елемената (FEA): ANSYS 2024 је коришћен за моделирање модалних фреквенција и дистрибуције напона.

• Модално тестирање: Инструментални чекић и акцелерометри (PCB Piezotronics, Model 352C) су записивали динамички одговор.

• Обрада сигнала: Функције фреквентног одговора анализиране су помоћу MATLAB R2024b ради добијања коефицијената пригушенja.

Сви поступци су поновљени три пута како би се осигурала репродуктивност.

3 Резултати и анализа

3.1 Природна фреквенција

Табела 1 сумира прве три природне фреквенције. Заварени челични склопови показали су нешто веће вредности због веће крутости.

Табела 1 Природне фреквенције челичних и база од минералног лива

3.2 Однос присилног пригушивања

Слика 1 показује поређење односа пригушивања. Минерални лив постиже чак 0,042, док је челик остао испод 0,034.

Слика 1 Однос пригушивања за челичне и базе од минералног лива (мерено у опсегу 200–500 Hz)

3.3 Одзив померања

Под једнаком возбудном силом (300 N), базе од минералног лива смањиле су амплитуду вршног померања просечно за 21%.

3.4 Поређење анализа

Постојећа истраживања [1–2] су пријавила побољшање пригушивања код материјала од минералног лива за 15–20%. Ови резултати потврђују и проширују те налазе коришћењем директних структурних прототипова, истичући конзистентне предности у средњим фреквенцијским опсезима.

4 Rasprava

Надмоћно пригушене особине минералног лива првенствено се приписују његовој композитној микроструктури, где полимером везани агрегати распршuju вибрациону енергију кроз унутрашње трење. Челични завари, иако мање ефикасни у пригушивању, обезбеђују већу структурну крутост, што је корисно за примене са тешким оптерећењима.

Ograničenja:

• Термички ефекти нису укључени у ову студију, иако могу утицати на дугорочну стабилност.

• Тестирана је само једна геометријска конфигурација, чиме се ограничава могућност уопштавања на друге машинске конструкције.

Практичне импликације:

• Минерални лив препоручује се за центре за обраду на високим брзинама где пригушивање вибрација директно побољшава трајност алата и квалитет површине.

• Челични завари остају погодни за примене осетљиве на трошкове са тешким условима резања.

5 Zaključak

Квалитативни тестови су показали да минерални ливени бази имају за 18–25% боље апсорбовање вибрација у односу на челичне заварене конструкције, посебно у опсегу фреквенција од 200–500 Hz. Челичне заварене конструкције задржавају предност у чврстини и нижој производној цени. Истраживања у будућности треба да укључе тестирање топлотним циклусима и хибридне базне структуре како би се комбиновале предности оба материјала.