Les pièces moulées en quartz synthétique pourraient-elles améliorer les performances des machines ?
Terry Capuano, Î.-P.-É. | 12 mai 2023
Les matériaux traditionnels tels que la fonte, les soudures d’acier et les pièces moulées en acier inoxydable et en aluminium sont utilisés pour les structures de base principales des machines-outils, des machines à mesurer et des équipements pick-and-place. Les plaquettes imposent des limites à la précision de cet équipement en raison de leur manque de stabilité et de leurs caractéristiques élevées de transmission des vibrations. Le remplacement préféré de ces matériaux est le quartz synthétique (SQ) moulé composite. Les machines de tous types sont en cours de refonte pour remplacer les structures métalliques par des pièces moulées SQ afin de réduire les coûts, de réduire les délais, d’améliorer les performances des machines, d’éliminer la peinture, d’améliorer la résistance aux liquides de refroidissement agressifs et de réduire la consommation d’énergie nécessaire à la production de la structure. Ces pièces moulées sont également utilisées à la place de l’acier inoxydable pour la transformation des aliments et les bases de pompes chimiques.
Il a fallu 20 millions d’années pour produire du quartz de haute pureté avec une dureté MOHS de 8. Ce quartz devient 92% d’un mélange SQ typique. Le reste du composite est généralement une résine liquide à haute résistance, telle que l’époxy, le polyuréthane ou le méthacrylate de méthyle avec des additifs pour l’adhérence globale et la libération d’air.
Les pièces moulées SQ consomment 85 % moins d’énergie totale à produire que la fonte et coûtent moins cher, et elles peuvent souvent être produites selon des tolérances finies en quelques jours. Ils peuvent être coulés en couleur et offrent une excellente résistance chimique. Les caractéristiques supérieures d’amortissement des vibrations des pièces moulées SQ permettent aux machines de fonctionner à des vitesses plus élevées avec une plus grande précision et à un niveau sonore réduit.
Des affirmations empiriques de 30 % à 50 % de durée de vie plus longue des outils de coupe et des meules ont été rapportées. Une durée de vie plus longue de l’outil de coupe signifie moins de temps d’arrêt et un coût d’outil inférieur pour l’utilisateur final. L’usure rapide des outils peut entraîner l’usinage de pièces hors tolérance pendant un cycle de production. La finition de surface des pièces usinées, la tolérance, la vitesse de production et la durée de vie de l’outil sont directement liées à la quantité de vibrations transmises dans le système.
Les pièces moulées SQ sont moins coûteuses à produire, avec un temps de production typique de plusieurs jours, car elles peuvent souvent être coulées à des tolérances finies ou ensuite reproduites à des tolérances très précises. Ils peuvent être coulés en couleur, éliminant ainsi la peinture et les nombreuses réglementations de peinture associées de l’EPA.
Le moulage SQ a remplacé un 36 pouces. x 72 po x 6 po Coulée d’aluminium à 1/2 du coût, coulée à une planéité de 0,001 po et délai réduit de 3 mois à 1 semaine.
Les caractéristiques des LP correctement produits comprennent :
Bien que les pièces moulées SQ puissent être réalisées à l’aide de méthacrylate de méthyle (acrylique) uréthane ou de résines, l’époxy est le système de résine le plus couramment utilisé. L’époxy offre une résistance élevée et une excellente stabilité à long terme et est facile à manipuler. Il peut également être utilisé dans les applications de contact alimentaire en remplacement de l’acier inoxydable.
L’époxy est une formulation stœchiométrique et nécessite un dosage précis de la résine à l’agent de durcissement. Un mélange inapproprié, avec trop ou trop peu d’agent de durcissement, peut entraîner une masse non durcie pendant des années. Il est également important de sélectionner le bon système de résine époxy pour la viscosité, le taux de durcissement, la stabilité, la résistance et le coût corrects. La formulation peut être modifiée pour fournir un durcissement très rapide ou être ralentie pour prendre plusieurs heures lors de la coulée d’une masse importante pour réduire l’exothermie.
Bases de liaison de puce avec coulée supérieure à 0,001 po. planéité et perpendiculaire à un côté à moins de 0,001 po.
Pour produire la bonne combinaison de LP, le système doit tenir compte des éléments suivants :
La première chose qu’un concepteur doit faire est d’oublier à peu près toutes les règles empiriques qu’il connaît sur la conception de structures de machines. Ils devraient réfléchir librement aux caractéristiques qui produiraient la meilleure structure pour leur application. Et ils ne devraient plus être limités à des épaisseurs de paroi constantes. L’épaisseur de paroi peut aller de 1 à 12 po. dans la même zone sans conséquence négative. Des tubes en plastique ou des conduites hydrauliques peuvent être coulés dans la base, de sorte qu’il n’y aurait plus de lignes de course autour de l’extérieur de la base sur la chaîne de montage.
Moule montrant 161 lignes de vide qui sont coulées dans la pièce.
L’une des pièces les plus difficiles jamais coulées est un tambour de 18 pouces de diamètre à 270 ° avec onze rainures sous vide de 1 mm de profondeur. (S’il vous plaît voir l’image en haut de la page.) Ce moulage a un 0.001 TIR sur l’alésage. Les rainures à vide se terminent 25 mm avant chaque extrémité, de sorte que l’outillage doit être retiré de la pièce, il ne peut pas être tourné. Chaque rainure à vide sort par l’arrière de la coulée vers un collecteur. Les pièces peuvent être produites en deux jours qui prendraient plusieurs mois à produire en fonte ou en fonte d’aluminium, et le coulée SQ coûte une fraction de toute autre méthode.
Les pièces qui doivent être séparées en tant que pièces métalliques peuvent désormais être coulées en une seule, ce qui permet de gagner du temps d’assemblage, mais aussi de réduire la tolérance requise des composants.
L’autre caractéristique de conception disponible uniquement à l’aide de cette technologie est la possibilité de couler des pièces à la tolérance. Les surfaces peuvent être coulées à une planéité, un diamètre de trou et des emplacements précis. Une fois qu’un moule a été vérifié, les dimensions de coulée seront toujours les mêmes, de sorte que l’inspection est réduite. Les surfaces de la façon dont elles peuvent même être coulées à la tolérance ou reproduites avec précision.
Les trous taraudés sont des inserts filetés coulés en place. Les trous taraudés ne peuvent pas être manqués ou défiletés car chaque insert fileté est maintenu au moule en insérant un boulon à couler dans la pièce.
Une autre caractéristique unique de SQ est la possibilité de couler des surfaces avec des propriétés différentes dans la même coulée. Un fabricant de rectifieuses coule des surfaces à faible frottement sur sa glissière transversale lorsque la pièce est coulée. Cette surface offre une excellente usure à long terme et un frottement très faible.
Base de meuleuse avec surfaces de rail linéaires des axes X et Y reproduites à 0,0001 po/pi.
Les systèmes de vidange peuvent être coulés à l’aide de tuyaux en PVC standard. Les noyaux en mousse peuvent être coulés pour réduire le poids avec peu d’impact sur la rigidité. En raison de l’excellente résistance chimique du SQ, les réservoirs peuvent être coulés dans le cadre de l’assemblage, et le SQ peut être utilisé à la place de l’acier inoxydable dans de nombreuses applications.
Les pièces qui ne peuvent pas être coulées selon la tolérance peuvent avoir des surfaces de précision créées après la coulée par réplication. Dans ce processus, un maître précis est créé qui sera utilisé pour créer la surface de précision. Le matériau de réplication est ensuite appliqué et le maître précis est situé contre la coulée à une distance prédéfinie. Après durcissement, généralement 24 heures, le maître est retiré et la surface créée est une copie exacte du maître. Il peut s’agir d’une surface de précision pour le montage de rails ou d’une surface à faible frottement pour un contact direct avec une glissière mobile.
Le tableau ci-dessous montre les propriétés de base du matériau CASTINITE HS Standard Mix SQ:
Les pièces moulées SQ sont produites à température et pression ambiantes, de sorte que les moules peuvent être en bois, en fibre de verre, en tôle, en acier ou en plastique. Les moules en bois sont les moins chers mais ne produiront pas de pièces précises sans utiliser une opération secondaire. Si les moules en bois sont conçus, fabriqués et traités correctement, ils peuvent produire de nombreux moulages. S’ils ne sont pas conçus correctement ou ne sont pas manipulés correctement pendant la coulée, ils feront une mauvaise pièce.
Moule en bois (à gauche) pour base de meulage LB de 45 000 lb (à droite).
Pour produire une quantité de pièces moulées précises à des tolérances étroites, des outils de production en acier sont nécessaires. Avec des moules en acier bien conçus, les pièces peuvent être coulées à tolérance sans opérations secondaires, les temps de production seront réduits et les pièces auront une bien meilleure finition de surface.
Les moulages SQ ont été utilisés dans de nombreuses autres applications, notamment les comptoirs, les pierres tombales, les drains de tranchée et les bases de pompes chimiques. La NASA les a testés pour une utilisation dans le stockage d’énergie.
Si vous cherchez à réduire vos coûts, à réduire votre empreinte carbone et à améliorer les performances de votre machine, SQ peut être la solution.
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