Titreşim Azaltma için Kaynaklı Çelik Konstrüksiyon ve Mineral Döküm Makine Tabanı Karşılaştırması

PFT, Shenzhen

Özetle

Kontrol vibrasyon ile makine doğruluğunu stabilize etmek için makine tabanı tasarımı kritik bir rol oynar. Bu çalışma, çelik kaynaklı ve mineral döküm tabanların vibrasyon sönümleme verimliliği açısından karşılaştırmasını yapmaktadır. Sonlu eleman modelleri geliştirilmiş ve doğal frekans, sönüm oranı ve simüle edilen kesme yükleri altında yer değiştirme tepkisi değerlendirmek için mod analizi testleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar mineral döküm tabanların sönüm kapasitelerinin çelik kaynaklı tabanlara göre %18–25 daha yüksek olduğunu özellikle 200–500 Hz frekans aralığında göstermektedir. Ancak çelik kaynaklı tabanlar yapısal sertlik ve daha düşük başlangıç maliyeti açısından avantaj sağlamaktadır. Bulgular, performans önceliklerine göre makine tabanı malzemesi seçimi için kantitatif veriler sunmaktadır.

1 giriş

Takım tezgahı temelleri, genel sistem stabilitesi için temeldir. Yüksek hızda işleme sırasında meydana gelen titreşimler doğrudan ölçü hassasiyetini, takım aşınmasını ve yüzey kalitesini etkiler. Temel yapı için malzeme seçimi hem sertliği hem de sönümleme kapasitesini belirler. Kaynaklı çelik konstrüksiyonlar imalatlarının kolaylığı nedeniyle yaygın olarak kullanılmıştır; ancak, mineral kompozit döküm temeller, sönümleme performansı açısından daha üstün oldukları için dikkat çekmiştir. Bu makale, kontrollü deneysel koşullar altında bu iki malzeme arasındaki nicel farkları incelemektedir.

2 Araştırma Yöntemi

2.1 Tasarım Yaklaşımı

Aynı geometriye sahip iki adet prototip temel yapıldı: biri kaynaklı çelik plakalardan, diğeri ise mineral kompozit dökümden. Her iki tasarım da standart takım tezgahı temel boyutlarına (1,2 m × 0,8 m × 0,6 m) uygun olarak üretildi.

2.2 Veri Kaynakları

• Malzeme özellikleri tedarikçilerin veri sayfalarından alındı ve çekme ve basma dayanımı testleri ile doğrulandı.

• Mayıs–Temmuz 2025 tarihleri arasında yapılan iç deneylerden titreşim test verileri toplandı.

2.3 Deneysel Araçlar ve Modeller

• Sonlu Elemanlar Analizi (FEA): ANSYS 2024, modsal frekansların ve gerilme dağılımlarının modellenmesinde kullanıldı.

• Modsal Testler: Bir enstrümanlı çekiç ve ivmeölçerler (PCB Piezotronics, Model 352C) dinamik yanıtı kaydetti.

• Sinyal işleme: Frekans tepki fonksiyonları MATLAB R2024b ile analiz edilerek sönüm oranları çıkarıldı.

Tüm prosedürler tekrarlanabilirliği sağlamak için üç kez tekrarlandı.

3 Sonuçlar ve Analiz

3.1 Doğal Frekans

Tablo 1, ilk üç doğal frekansı özetlemektedir. Daha büyük sertlik nedeniyle çelik kaynak konstrüksiyon biraz daha yüksek değerler gösterdi.

Tablo 1 Çelik ve mineral kompozit bazların doğal frekansları

3.2 Sönüm Oranı

Şekil 1, sönüm oranı karşılaştırmasını göstermektedir. Mineral kompozit malzeme 0.042'ye kadar ulaşırken, çelik 0.034 değerinin altında kalmıştır.

Şekil 1 Çelik ve mineral kompozit bazlar için sönüm oranları (200–500 Hz aralığında ölçülmüştür)

3.3 Yer Değiştirme Tepkisi

Eşdeğer uyarılma kuvveti altında (300 N), mineral kompozit bazlar tepe yer değiştirme genliğini ortalama %21 azaltmıştır.

3.4 Karşılaştırmalı Analiz

Önceki çalışmalar [1–2], mineral kompozit malzemelerde sönümlemede %15–20 oranında iyileşme bildirmiştir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, doğrudan yapısal prototiplerle bu bulguları doğrulamakta ve orta frekans aralıklarında tutarlı performans avantajlarını ortaya koymaktadır.

4 Tartışma

Mineral dökümün üstün sönümleme davranışı, polimerle bağlanmış agregaların titreşim enerjisini iç sürtünme yoluyla sönümlediği kompozit mikroyapısına dayanmaktadır. Çelik kaynaklı konstrüksiyonlar sönümleme açısından daha az etkili olsa da, ağır yük uygulamalarında yararlı olan daha yüksek yapısal rijitliği sağlar.

Sınırlamalar:

• Termal etkiler bu çalışmaya dahil edilmemiştir; ancak bu etkiler uzun vadeli stabiliteyi etkileyebilir.

• Yalnızca bir geometrik konfigürasyon test edilmiştir; bu durum diğer makine tasarımlarına genelleme yapmayı sınırlamaktadır.

Pratik Sonuçlar:

• Titreşim sönümleme doğrudan takım ömrünü ve yüzey kalitesini artırdığı için mineral döküm, yüksek hızda çalışan işleme merkezleri için önerilmektedir.

• Çelik kaynaklı konstrüksiyonlar, maliyetin önemli olduğu ve ağır kesme yüklerinin bulunduğu uygulamalar için uygundur.

5 Sonuç

Nitelikli testler, mineral döküm tabanların çelik kaynaklı konstrüksiyonlara göre titreşim sönümlemede %18-25 daha iyi performans gösterdiğini ortaya koydu; özellikle 200-500 Hz aralığında. Çelik kaynaklı konstrüksiyonlar ise sertlik açısından sahip oldukları avantajları ve daha düşük üretim maliyetini korumaktadır. Gelecekteki araştırmalar, termal çevrim testlerini ve her iki malzemenin avantajlarını birleştiren hibrit taban yapılarını içermelidir.