Trong lĩnh vực sản xuất và kiểm tra chính xác, hiệu suất biến dạng nhiệt của vật liệu là yếu tố chính quyết định độ chính xác và độ tin cậy của thiết bị. Đá granit và gang, là hai vật liệu cơ bản công nghiệp thường được sử dụng, đã thu hút nhiều sự chú ý vì sự khác biệt về hiệu suất của chúng trong môi trường nhiệt độ cao. Để trình bày trực quan các đặc điểm biến dạng nhiệt của cả hai, chúng tôi đã sử dụng một máy ảnh nhiệt chuyên nghiệp để tiến hành các thử nghiệm làm việc liên tục trong 8 giờ trên các bệ đá granit và gang có cùng thông số kỹ thuật, cho thấy sự khác biệt thực sự thông qua dữ liệu và hình ảnh.
Thiết kế thử nghiệm: Mô phỏng điều kiện làm việc khắc nghiệt và nắm bắt chính xác sự khác biệt
Đối với thí nghiệm này, các bệ bằng đá granit và gang có kích thước 1000mm×600mm×100mm đã được chọn. Trong môi trường xưởng công nghiệp mô phỏng (nhiệt độ 25±1℃, độ ẩm 50%±5%), bằng cách phân bổ đều các nguồn nhiệt trên bề mặt bệ (mô phỏng quá trình sinh nhiệt trong quá trình vận hành thiết bị), bệ hoạt động liên tục ở công suất 100W trong 8 giờ. Máy ảnh nhiệt FLIR T1040 (có độ phân giải nhiệt độ 0,02℃) và cảm biến dịch chuyển laser có độ chính xác cao (có độ chính xác ±0,1μm) đã được sử dụng để theo dõi sự phân bố nhiệt độ và biến dạng của bề mặt bệ theo thời gian thực và dữ liệu được ghi lại sau mỗi 30 phút.
Kết quả đo lường: Hình dung sự chênh lệch nhiệt độ và định lượng khoảng cách biến dạng
Dữ liệu từ máy ảnh nhiệt cho thấy sau khi bệ gang hoạt động trong một giờ, nhiệt độ bề mặt tối đa đã đạt 42℃, cao hơn 17℃ so với nhiệt độ ban đầu. Tám giờ sau, nhiệt độ tăng lên 58℃ và xuất hiện sự phân bố nhiệt độ theo độ dốc rõ rệt, với chênh lệch nhiệt độ là 8℃ giữa mép và tâm. Quá trình gia nhiệt của bệ đá granit nhẹ nhàng hơn. Nhiệt độ chỉ tăng lên 28℃ sau 1 giờ và ổn định ở mức 32℃ sau 8 giờ. Chênh lệch nhiệt độ bề mặt được kiểm soát trong vòng 2℃.
Theo dữ liệu biến dạng, trong vòng 8 giờ, biến dạng thẳng đứng ở khu vực trung tâm của bệ gang đạt 0,18mm và biến dạng cong vênh ở rìa là 0,07mm. Ngược lại, biến dạng tối đa của bệ đá granit chỉ là 0,02mm, nhỏ hơn 1/9 so với bệ gang. Đường cong thời gian thực của cảm biến dịch chuyển laser cũng xác nhận kết quả này: Đường cong biến dạng của bệ gang dao động mạnh, trong khi đường cong của bệ đá granit gần như ổn định, thể hiện độ ổn định nhiệt cực kỳ mạnh.
Phân tích nguyên tắc: Tính chất vật liệu quyết định sự khác biệt trong biến dạng nhiệt
Nguyên nhân gốc rễ của biến dạng nhiệt đáng kể của gang nằm ở hệ số giãn nở nhiệt tương đối cao (khoảng 10-12 ×10⁻⁶/℃) và sự phân bố không đều của than chì bên trong, dẫn đến vận tốc dẫn nhiệt không đồng đều và hình thành sự tập trung ứng suất nhiệt cục bộ. Trong khi đó, gang có nhiệt dung riêng tương đối thấp và nhiệt độ của nó tăng nhanh hơn khi hấp thụ cùng một lượng nhiệt. Ngược lại, hệ số giãn nở nhiệt của đá granit chỉ là (4-8) ×10⁻⁶/℃. Cấu trúc tinh thể của nó dày đặc và đồng nhất, với hiệu suất dẫn nhiệt thấp và phân bố đều. Kết hợp với đặc tính nhiệt dung riêng cao, nó vẫn có thể duy trì độ ổn định về kích thước trong môi trường nhiệt độ cao.
Khai sáng ứng dụng: Lựa chọn quyết định độ chính xác, sự ổn định tạo ra giá trị
Trong các thiết bị như máy công cụ chính xác và máy đo ba tọa độ, biến dạng nhiệt của đế gang có thể dẫn đến lỗi gia công hoặc kiểm tra, ảnh hưởng đến năng suất của các sản phẩm đạt tiêu chuẩn. Đế đá granit, với độ ổn định nhiệt vượt trội, có thể đảm bảo thiết bị duy trì độ chính xác cao trong quá trình vận hành lâu dài. Sau khi một doanh nghiệp sản xuất phụ tùng ô tô thay thế bệ gang bằng bệ đá granit, tỷ lệ lỗi kích thước của các bộ phận chính xác đã giảm từ 3,2% xuống 0,8% và hiệu quả sản xuất tăng 15%.
Thông qua sự trình bày trực quan và phép đo chính xác của máy ảnh nhiệt, sự khác biệt về biến dạng nhiệt giữa đá granit và gang có thể thấy rõ ngay lập tức. Trong ngành công nghiệp hiện đại theo đuổi độ chính xác tối ưu, việc lựa chọn vật liệu đá granit có độ ổn định nhiệt mạnh hơn chắc chắn là một động thái khôn ngoan để nâng cao hiệu suất thiết bị và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Thời gian đăng: 24-05-2025