Trong việc xây dựng giàn khoan nổi khí nén tĩnh chính xác, việc lựa chọn đế đóng vai trò quyết định đến hiệu suất tổng thể của giàn. Đế bằng đá granit và đế bằng gang có những đặc điểm riêng, và có sự khác biệt rõ rệt về các khía cạnh quan trọng như độ ổn định, khả năng duy trì độ chính xác, độ bền và chi phí.
Thứ nhất, tính ổn định: cấu trúc tự nhiên chắc chắn và bền vững như kim loại.
Sau hàng triệu năm biến đổi địa chất, đá granit được kết hợp chặt chẽ bởi thạch anh, fenspat và các khoáng chất khác để tạo thành một cấu trúc rất đặc và đồng nhất. Trước các tác động từ bên ngoài, chẳng hạn như độ rung mạnh do hoạt động của các thiết bị lớn trong xưởng sản xuất tạo ra, nền đá granit có thể chặn và làm suy giảm hiệu quả nhờ cấu trúc tinh thể phức tạp của nó, giúp giảm biên độ rung của bệ nổi khí áp suất tĩnh chính xác hơn 80%, cung cấp nền tảng hoạt động ổn định cho bệ để đảm bảo chuyển động trơn tru trong quá trình gia công hoặc kiểm tra độ chính xác cao. Ví dụ, trong quy trình quang khắc sản xuất chip điện tử, việc xác định chính xác đặc điểm của các mẫu chip được đảm bảo.
Đế gang được đúc từ hợp kim sắt-cacbon, và than chì bên trong được phân bố dưới dạng tấm hoặc hình cầu. Mặc dù nó có khả năng giảm chấn rung động nhất định, nhưng độ đồng nhất cấu trúc của nó không tốt bằng đá granit. Khi xử lý rung động cường độ cao và liên tục, đế gang khó có thể giảm nhiễu rung động xuống mức thấp như đế đá granit, điều này có thể dẫn đến những sai lệch nhỏ trong chuyển động của bệ nổi khí áp suất tĩnh chính xác, ảnh hưởng đến hiệu suất chính xác của bệ trong các thao tác siêu chính xác.
Thứ hai, duy trì độ chính xác: những ưu điểm tự nhiên của độ giãn nở thấp và thách thức của sự thay đổi nhiệt độ kim loại.
Đá granit nổi tiếng với hệ số giãn nở nhiệt rất thấp, thường ở mức 5-7 ×10⁻⁶/℃. Trong môi trường biến động nhiệt độ, kích thước của đế granit chính xác thay đổi rất ít. Trong lĩnh vực thiên văn học, bệ nổi thủy tĩnh chính xác dùng để tinh chỉnh thấu kính kính viễn vọng được kết hợp với đế granit, ngay cả khi chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm là đáng kể, nó vẫn đảm bảo độ chính xác định vị của thấu kính được duy trì ở mức dưới micromet, giúp các nhà thiên văn học ghi lại những chuyển động tinh tế của các thiên thể ở xa.
Hệ số giãn nở nhiệt của gang tương đối cao, thường là 10-20 ×10⁻⁶/℃. Khi nhiệt độ thay đổi, kích thước của đế gang thay đổi rõ rệt, dễ gây biến dạng nhiệt cho bệ nổi khí áp suất tĩnh chính xác, dẫn đến giảm độ chính xác chuyển động của bệ. Trong quá trình mài thấu kính quang học nhạy nhiệt, sự biến dạng của đế gang dưới tác động của nhiệt độ có thể gây ra sai lệch độ chính xác mài thấu kính vượt quá phạm vi cho phép và ảnh hưởng đến chất lượng thấu kính.
Thứ ba, độ bền: độ cứng cao của đá tự nhiên và khả năng chống mỏi của kim loại.
Đá granit có độ cứng cao, độ cứng Mohs có thể đạt 6-7, khả năng chống mài mòn tốt. Trong phòng thí nghiệm khoa học vật liệu, bệ nổi khí nén tĩnh chính xác thường được sử dụng có đế bằng đá granit có thể chống lại sự hao mòn do ma sát lâu dài một cách hiệu quả, so với đế thông thường, có thể kéo dài chu kỳ bảo trì của bệ hơn 50%, giảm chi phí bảo trì thiết bị và đảm bảo tính liên tục của công việc nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên, vật liệu đá granit tương đối giòn, và có nguy cơ bị vỡ khi bị va đập bất ngờ.
Đế gang có độ dẻo dai nhất định và không dễ bị vỡ khi chịu lực tác động nhất định. Tuy nhiên, trong quá trình chuyển động tịnh tiến tần số cao của bệ nổi khí nén tĩnh chính xác trong thời gian dài, gang dễ bị hư hỏng do mỏi, dẫn đến thay đổi cấu trúc bên trong, ảnh hưởng đến độ chính xác và ổn định chuyển động của bệ. Đồng thời, gang dễ bị gỉ và ăn mòn trong môi trường ẩm ướt, làm giảm độ bền, ngược lại, đế đá granit có khả năng chống ăn mòn tốt hơn.
Thứ tư, chi phí sản xuất và độ khó gia công: những thách thức trong khai thác và chế biến đá tự nhiên và ngưỡng của quy trình đúc kim loại
Việc khai thác và vận chuyển nguyên liệu đá granit rất phức tạp, và quá trình chế biến đòi hỏi thiết bị và công nghệ rất cao. Do độ cứng cao, tính giòn, việc cắt, mài, đánh bóng và các quá trình khác dễ dẫn đến sụp đổ, nứt vỡ, tỷ lệ phế phẩm cao, gây ra chi phí sản xuất cao.
Chân đế bằng gang được sản xuất bằng quy trình đúc hoàn thiện, nguồn nguyên liệu dồi dào và chi phí tương đối thấp. Thông qua khuôn mẫu, có thể đạt được sản xuất hàng loạt, hiệu quả sản xuất cao. Tuy nhiên, để đạt được độ chính xác và ổn định cao như chân đế bằng đá granit, quy trình đúc và các yêu cầu xử lý sau đó cực kỳ nghiêm ngặt, đòi hỏi gia công chính xác và xử lý lão hóa, v.v., và chi phí cũng sẽ tăng lên đáng kể.
Tóm lại, đế bằng đá granit có những ưu điểm vượt trội trong các ứng dụng của bệ nổi khí nén tĩnh chính xác, đòi hỏi độ chính xác cao, ổn định và khả năng chống mài mòn; đế bằng gang có những ưu điểm nhất định về chi phí và độ bền, phù hợp với những trường hợp yêu cầu độ chính xác tương đối thấp, hướng đến hiệu quả chi phí và môi trường rung động và nhiệt độ tương đối ổn định.
Thời gian đăng bài: 09/04/2025