Trong lĩnh vực sản xuất và kiểm tra chính xác, hiệu suất biến dạng nhiệt của vật liệu là yếu tố then chốt quyết định độ chính xác và độ tin cậy của thiết bị. Đá granit và gang, là hai vật liệu cơ bản thường được sử dụng trong công nghiệp, đã thu hút nhiều sự chú ý vì sự khác biệt về hiệu suất trong môi trường nhiệt độ cao. Để thể hiện trực quan các đặc tính biến dạng nhiệt của cả hai, chúng tôi đã sử dụng máy ảnh nhiệt chuyên nghiệp để thực hiện các thử nghiệm làm việc liên tục 8 giờ trên các bệ đá granit và gang có cùng thông số kỹ thuật, qua đó 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
Trong thí nghiệm này, chúng tôi đã chọn các bệ đá granit và gang có kích thước 1000mm x 600mm x 100mm. Trong môi trường mô phỏng xưởng công nghiệp (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. Thiết bị ảnh nhiệt FLIR T1040 (độ phân giải nhiệt độ 0,02℃) và cảm biến dịch chuyển laser có độ chính xác cao (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 một giờ hoạt động, nhiệt độ bề mặt tối đa của bệ gang 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 gradient nhiệt độ rõ rệt, với chênh lệch nhiệt độ giữa mép và tâm là 8℃. 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 phạm vi 2℃.
Theo dữ liệu biến dạng, trong vòng 8 giờ, biến dạng thẳng đứng ở vùng 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 cao.
Phân tích nguyên tắc: Tính chất vật liệu quyết định sự khác biệt về biến dạng nhiệt
Nguyên nhân gốc rễ của sự 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 đặc và đồng đều, 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 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 sai số gia công hoặc kiểm tra, ảnh hưởng đến năng suất sản phẩm đạt yêu cầu. 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 đế gang bằng đế đá granit, tỷ lệ sai số kích thước của các chi tiết chính xác đã giảm từ 3,2% xuống còn 0,8%, và hiệu suất sản xuất tăng 15%.
Nhờ khả năng trình bày trực quan và đo lường chính xác của máy ảnh nhiệt, sự khác biệt về biến dạng nhiệt giữa đá granit và gang được thể hiện rõ ràng ngay lập tức. Trong ngành công nghiệp hiện đại luôn theo đuổi độ chính xác tuyệt đối, việc lựa chọn vật liệu đá granit có độ ổn định nhiệt cao hơn chắc chắn là một bước đi khôn ngoan để nâng cao hiệu suất thiết bị và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Thời gian đăng: 24-05-2025