Боржин чулуу ба керамик ба цутгамал төмрийг харьцуулах нь: Нарийвчлалтай хэмжилзүйн материал сонгох

Нарийвчлалтай хэмжил зүй болон өндөр технологийн үйлдвэрлэлийн нарийн хүрээнд аливаа хэмжилтийн нарийвчлал нь түүнийг хийж буй лавлах хавтгайн тогтвортой байдлаар үндсэндээ хязгаарлагддаг. Координат хэмжих машин (CMM)-ийг тулгуурлах, мастер гадаргуугийн хавтан болгон ашиглах, эсвэл нарийвчлалтай машины бүтцийн суурийг бүрдүүлэх эсэхээс үл хамааран энэхүү суурийн материал нь инженерийн чухал шийдвэр юм. Агаарын тээвэр, хагас дамжуулагч үйлдвэрлэл, автомашины инженерчлэл зэрэг салбарууд хүлцэлийг улам чангатгах, ихэвчлэн микроноос бага хэмжээнд хүрэхийг шаардаж байгаа тул эдгээр суурь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн оновчтой материалын талаарх мэтгэлцээн улам ширүүсч байна. Энэ салбарт гурван үндсэн өрсөлдөгч нь цутгамал төмөр, боржин чулуу, дэвшилтэт техникийн керамик юм. Материал бүр нь физик шинж чанар, давуу тал, хязгаарлалт, өртгийн нөлөөллийн өвөрмөц профайлыг санал болгодог. Энэхүү цогц дүн шинжилгээ нь боржин чулуу, керамик, цутгамал төмрийн шинж чанарыг судалж, инженерүүд болон метрологичдод нарийн хэмжилтийн тодорхой хэрэглээнд хамгийн тохиромжтой материалыг сонгоход нь туслах нарийвчилсан харьцуулалтыг өгөх болно.

Зуун гаруй жилийн турш цутгамал төмөр нь үйлдвэрлэлийн хэмжилт болон машин механизмын барилгын маргаангүй үндэс суурь болж ирсэн. Түүний түүхэн давамгайлал нь уламжлалт үйлдвэрлэлийн орчны шаардлагад маш тохиромжтой болгосон механик шинж чанаруудын өвөрмөц хослолоос үүдэлтэй юм.

Цутгамал төмрийн гол давуу тал нь түүний онцгой хатуулаг болон бүтцийн хатуулагт оршино. Уян хатан чанарын өндөр модультай тул цутгамал төмрийн тавцан нь мэдэгдэхүйц хазайлтгүйгээр асар их ачааллыг тэсвэрлэх чадвартай. Энэ шинж чанар нь цутгамал төмрийг хүнд даацын хэрэглээнд зайлшгүй шаардлагатай болгодог, тухайлбал том хөдөлгүүрийн блокууд эсвэл асар том сансрын бүтцийн эд ангиудыг угсрах, шалгах зэрэг ажлын хэсгийн жин нь бага хатуу материалыг деформацид оруулж болзошгүй юм.

Түүнчлэн, цутгамал төмөр нь гайхалтай чичиргээг намсгах чадвараараа алдартай. Саарал цутгамал төмрийн бичил бүтэц нь дотоод үрэлтийн цэг болж, чичиргээний энергийг үр дүнтэй шингээж, тараадаг бал чулуун үйрмэг агуулдаг. Хүнд машин механизм, өргөгч, тамга дарагч машинуудын хөдөлгөөнөөр тодорхойлогддог динамик цехийн орчинд эдгээр чичиргээ нь мэдрэмтгий хэмжилтийг ноцтойгоор тасалдуулж болзошгүй. Цутгамал төмрийн эдгээр саад тотгорыг сулруулах чадвар нь хэмжилтийг хамгийн тохиромжтой биш нөхцөлд ч тогтвортой байлгахыг баталгаажуулдаг.

Үүнээс гадна цутгамал төмрийг боловсруулах, хусахад харьцангуй хялбар байдаг. Гар аргаар хусах уламжлалт урлаг нь чадварлаг техникчдэд тодорхой "холцооны цэгүүд" бүхий өндөр нарийвчлалтай гадаргууг бий болгох боломжийг олгодог. Эдгээр цэгүүд нь тосолгооны тосыг барьж чаддаг бөгөөд энэ нь гулсах эд анги, хэмжих хэрэгслийн үрэлтийг бууруулж, жигд ажиллагааг хөнгөвчилдөг. Үнийн хувьд цутгамал төмөр нь түүхий эд болон үйлдвэрлэлийн процессын хувьд гурван материалаас хамгийн боломжийн үнэтэй байдаг.

Түүхэн тархалттай хэдий ч цутгамал төмөр нь орчин үеийн, хэт өндөр нарийвчлалтай хэмжилзүйн хэрэглээг хязгаарладаг мэдэгдэхүйц сул талуудтай. Хамгийн чухал эмзэг байдал нь дулааны тэлэлтийн өндөр коэффициент (CTE) бөгөөд ихэвчлэн 11 × 10⁻⁶/°C орчим байдаг. Төмөр нь бага зэргийн температурын хэлбэлзэлтэй ч мэдэгдэхүйц тэлж, агшдаг. Цаг уурын хатуу хяналтгүй орчинд үйлдвэрийн өдөр тутмын дулааны мөчлөг нь цутгамал төмөр хавтанг гажуудуулж эсвэл хэмжээсийг өөрчлөхөд хүргэдэг бөгөөд энэ нь хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй хэмжилтийн хэлбэлзэлд хүргэдэг. Өндөр нарийвчлалыг хадгалахын тулд цутгамал төмөр нь хатуу тогтмол температурын орчин шаарддаг бөгөөд энэ нь байгууламжийн ашиглалтын зардлыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлдэг.

Түүнчлэн, цутгамал төмөр нь зэврэлтэнд маш өртөмтгий байдаг. Тогтмол тослох, цэвэрлэх зэрэг нарийн, тасралтгүй засвар үйлчилгээ хийхгүй бол зэв хурдан үүсдэг. Зэв нь гадаргуу дээр нүх сүв үүсгэж, багажны нарийвчлалыг бүрмөсөн алддаг. Цутгамал төмөр нь мөн тодорхой аргаар цохилтын гэмтэлд өртөмтгий байдаг: хэрэв хүнд зүйл унавал уян хатан төмөр нь хэлбэрээ алдаж, "цохилт" буюу цухуйсан металл ирмэгийг бий болгодог. Энэхүү цохилт нь хэмжих датчик эсвэл ажлын хэсгүүдийг өргөж, хэмжилтийн шууд алдаа гаргах бөгөөд гадаргуугийн тэгш байдлыг сэргээхийн тулд сайтар чулуугаар зүлгэх шаардлагатай болдог.

20-р зууны сүүлийн хагаст боржин чулуу нь өндөр нарийвчлалтай хэмжилзүйн хувьд илүү сайн хувилбар болж гарч ирсэн бөгөөд CMM суурь болон лабораторийн зэрэглэлийн гадаргуугийн хавтангуудад цутгамал төмрийг голчлон орлож байв. Сая сая жилийн турш тогтворжсон байгалийн магмын чулуулгийн формацаас гаралтай боржин чулуу нь хүний ​​гараар бүтээгдсэн материалын хувьд хуулбарлахад хэцүү дотоод тогтвортой байдлыг санал болгодог.

Боржин чулууны хамгийн чухал давуу тал нь түүний дулааны тэлэлтийн маш бага коэффициент бөгөөд ихэвчлэн 5.6 × 10⁻⁶/°C орчим байдаг бөгөөд энэ нь цутгамал төмрийнхөөс бараг хоёр дахин бага юм. Энэхүү дулааны тогтвортой байдал нь боржин чулуун тавцан нь орчны температурын хэлбэлзлийг илүү тэсвэртэй болгодог гэсэн үг юм. Эдгээр нь дулааны дулаан шингээгч болж, төгс цаг уурын хяналтыг хангахад хэцүү орчинд ч гэсэн тэгш байдал, хэмжээст бүрэн бүтэн байдлаа хадгалдаг. Энэ нь боржин чулууг удаан хугацаанд хатуу хүлцэлийг хадгалах хамгийн тохиромжтой сонголт болгодог.

Дулааны шинж чанараас гадна боржин чулуу нь химийн хувьд идэвхгүй байдаг. Энэ нь зэврэхгүй, үйлдвэрлэлийн орчинд түгээмэл байдаг хөргөлтийн бодис, тос, хүчилтэй урвалд ордоггүй. Энэхүү зэврэлтгүй шинж чанар нь цутгамал төмөртэй харьцуулахад засвар үйлчилгээний ачааллыг мэдэгдэхүйц бууруулдаг; гадаргууг цэвэр байлгахын тулд тохирох цэвэрлэгчээр энгийн арчихад хангалттай байдаг.

Боржин чулууны өөр нэг өвөрмөц бөгөөд маш ашигтай шинж чанар нь түүний цохилтын үеийн зан төлөв юм. Цутгамал төмрөөс ялгаатай нь боржин чулуу нь хэврэг, талст бүтэцтэй. Хүнд зүйлд цохигдоход хагарах эсвэл тогоо үүсэх хандлагатай байдаг. Хэмжилтийн нөхцөлд хонхорхой (тогоо) нь хэмжилтийн датчик эсвэл шалгаж буй хэсгийг өргөдөггүй тул цухуйсан цэгээс (тогоон) нарийвчлалд хамаагүй бага хор хөнөөл учруулдаг. Эргэн тойрны гадаргуу нь тэгш хэвээр байгаа нь нийт үзлэгийн хавтгай эвдэрээгүй байхыг баталгаажуулдаг. Цаашилбал, боржин чулуу нь байгалийн соронзон бус бөгөөд цахилгаан дамжуулдаггүй тул цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцооноос хатуу зайлсхийх ёстой электрон эд анги эсвэл эмзэг соронзон материалыг шалгахад зайлшгүй шаардлагатай.

Боржин чулуу нь үйлдвэрлэлийн стандарт боловч хязгаарлалтгүй биш юм. Хэврэг материалын хувьд статик ачааллыг маш сайн тэсвэрлэдэг боловч төмрийн уян хатан чанараас харьцангуй бага цохилтын эсэргүүцэлтэй байдаг. Хүчтэй цохилт нь чулууг хагарах эсвэл хугалах, улмаар ашиггүй болгодог. Нэмж дурдахад, боржин чулуу нь бага зэрэг сүвэрхэг байдаг. Хэрэв зөв битүүмжлээгүй эсвэл буруу хэрэглэвэл усан суурьтай цэвэрлэгээний бодис хэрэглэвэл чийгийг шингээж авах боломжтой бөгөөд энэ нь удаан хугацаанд бага зэрэг гажуудал үүсгэж болзошгүй юм.

Боржин чулуу нь хүнд тул бат бөх тулгуур бүтэц шаарддаг бөгөөд өөрчлөхөд хэцүү байдаг. Цутгамал төмрөөс ялгаатай нь тусгай тоног төхөөрөмжгүйгээр боржин чулуун хавтанг өрөмдөж, захиалгаар хийх боломжгүй бөгөөд бүтцийн бүрэн бүтэн байдал эсвэл гадаргуугийн тэгш байдлыг алдагдуулах эрсдэл өндөр байдаг.

Үйлдвэрлэлийн эрэлт хэрэгцээ нанометрийн салбарт, ялангуяа хагас дамжуулагч болон дэвшилтэт оптикийн салбарт эрчимтэй хөгжиж байгаа тул техникийн керамик (жишээлбэл, хөнгөнцагаан исэл эсвэл цахиурын карбид) нь өндөр хүчин чадалтай материал болж хэмжилзүйн салбарт гарч ирсэн.

Керамик нь хамгийн хүнд нөхцөлд тохирсон хосгүй гүйцэтгэлийг хангахаар бүтээгдсэн. Тэдний онцгой шинж чанар нь дулааны тэлэлтийн маш бага коэффициент бөгөөд ихэвчлэн тэгтэй ойролцоо бөгөөд боржин чулуунаас ч хамаагүй бага байдаг. Энэ нь хэмжилтийн бүтэц нь дулааны градиентаас үл хамааран бараг өөрчлөгдөөгүй хэвээр байх бөгөөд хэмжээст тогтвортой байдлын дээд хязгаарыг хангадаг.

Цаашилбал, техникийн керамик нь боржин чулуу болон цутгамал төмрөөс хамаагүй давуу тодорхой хатуулаг (хатуулаг ба нягтралын харьцаа)-тай байдаг. Керамик нь онцгой хатуу боловч мэдэгдэхүйц хөнгөн байдаг. Энэ шинж чанар нь CMM гүүр эсвэл өндөр хурдатгалтай шугаман шат зэрэг хөдөлж буй бүтцийг зохион бүтээхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Хөнгөн шинж чанар нь хурдан хурдатгал хийх боломжийг олгодог бөгөөд үзлэгийн нэвтрүүлэх чадварыг нэмэгдүүлдэг бол хэт хатуулаг нь динамик хэмжилтийн үед чичиргээ эсвэл хазайлтаас сэргийлдэг.

Керамик нь мөн гайхалтай хатуулагтай, ихэвчлэн боржин чулуунаас хамаагүй хатуу байдаг тул өндөр эрчимтэй үйлдвэрлэлийн шугамд эсвэл зүлгүүрийн материалыг хэмжихэд элэгдэлд тэсвэртэй байдаг. Энэхүү хэт хатуулаг нь төмөр болон чулуун аль алиных нь ашиглалтын хугацааг давж, удаан хугацааны турш эрчимтэй ашиглагдах үед геометрийн цэвэр байдлыг хадгалдаг. Боржин чулуутай адил керамик нь химийн хувьд идэвхгүй, соронзон бус бөгөөд зэврэлтэнд тэсвэртэй байдаг.

Керамик хэмжих хэрэгслийг өргөнөөр нэвтрүүлэхэд тулгарч буй гол саад тотгор нь тэдгээрийн өртөг юм. Керамик нь цутгамал төмөр эсвэл боржин чулуунаас үйлдвэрлэхэд экспоненциалаар илүү үнэтэй байдаг, ялангуяа том хэмжээтэй үед. Үйлдвэрлэлийн процесс нь нарийн төвөгтэй хайлуулах болон нарийн нунтаглах ажлыг хамардаг бөгөөд энэ нь маш их цаг хугацаа, эрчим хүч шаарддаг. Том хэмжээтэй хяналтын ширээний хувьд хайлуулсан керамикийн өртөг нь ихэвчлэн хэт өндөр байдаг тул боржин чулууг үнэмлэхүй тэгш байдалд хүрэх эдийн засгийн хувьд илүү ашигтай сонголт болгодог.

Түүнчлэн, маш хатуу боловч керамик нь суналтын стресс болон цохилтын хувьд гурван материалаас хамгийн эмзэг нь юм. Эдгээр нь цочролын ачаалал эсвэл нугалах хүчийг сайн тэсвэрлэдэггүй бөгөөд унагаах эсвэл буруу харьцах тохиолдолд сүйрлийн хугарал үүсэх магадлалтай. Үүний үр дүнд керамикийг ерөнхий зориулалттай цехийн шалны гадаргуугийн хавтангуудад ховор ашигладаг бөгөөд оронд нь микроноос бага нарийвчлалтай байх нь зайлшгүй шаардлага бөгөөд төсөв нь зөвшөөрдөг тусгай зориулалтын хэрэглээнд ашигладаг.

Нарийвчлалтай хэмжих хэрэгслийн оновчтой материалыг сонгохдоо инженерүүд гүйцэтгэлийн шаардлага, хүрээлэн буй орчны нөхцөл байдал, төсвийн хязгаарлалтыг сайтар тэнцвэржүүлэх ёстой.

Цутгамал төмөр нь ерөнхий үйлдвэрлэл, хүнд даацын үйлдвэрлэл, цехийн үзлэгт өндөр нарийвчлал нь гол хөдөлгөгч хүч биш тул амьдрахад тохиромжтой, зардал багатай сонголт хэвээр байна. Үйлдвэрлэлийн хатуу ширүүн орчны хатуу ширүүн байдлыг тэсвэрлэх чадвар, маш сайн чичиргээ намсгах чадвар болон өндөр ачаалал даах чадвартай нь хүнд даацын хэрэглээнд тохиромжтой болгодог. Энэ нь ялангуяа төсөв хязгаарлагдмал, байгууламж нь зэврэлтээс урьдчилан сэргийлэх шаардлагатай засвар үйлчилгээ, дулааны тэлэлтийг бууруулахын тулд хүрээлэн буй орчны хяналтыг хийж чаддаг үед тохиромжтой.

Боржин чулуу нь өндөр нарийвчлалтай хэмжилзүйн хэрэглээний дийлэнх хэсэгт маргаангүй тэргүүлэгч юм. Чанарын хяналтын лаборатори, CMM суурь, өндөр нарийвчлалтай гадаргуугийн хавтангийн хувьд боржин чулуу нь өндөр гүйцэтгэл болон ашиглалтын хялбар байдлын хоорондох хамгийн сайн "сайхан цэг"-ийг санал болгодог. Түүний дээд зэргийн дулааны тогтвортой байдал, зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал, таатай нөлөөллийн шинж чанар (цоорхой үүсэхийн оронд хагарах) нь үүнийг салбарын стандарт болгодог. Боржин чулуу нь дэвшилтэт керамиктай холбоотой одон орны зардалгүйгээр нарийвчлалыг баталгаажуулдаг найдвартай, бага засвар үйлчилгээ шаарддаг лавлах хавтгайг бий болгодог.

Дэвшилтэт керамик нь хамгийн өндөр хурд, хатуулаг, дулааны тогтвортой байдлыг хэлэлцэх боломжгүй хэт өндөр технологийн салбаруудад хамгийн тохиромжтой материал юм. Хагас дамжуулагч литографийн тоног төхөөрөмж, сансрын турбины ирний үзлэг, хэт өндөр нарийвчлалтай CMM хөдөлгөөнт эд анги зэрэг хэрэглээ нь керамикийн хөнгөн хатуулаг болон бараг тэг дулааны тэлэлтээс асар их ашиг тус хүртдэг. Динамик орчинд хэрэглээ нь микроноос бага нарийвчлал шаарддаг бөгөөд их хэмжээний хөрөнгө оруулалтыг шаардлагатай гүйцэтгэлийн өсөлтөөр зөвтгөж болох үед керамикийг сонгох хэрэгтэй.

Цутгамал төмөр, боржин чулуу эсвэл керамик гэх мэт нарийн хэмжилзүйн материалыг сонгох нь бүх нийтийн давуу талыг тодорхойлох биш, харин материалын өвөрмөц физик шинж чанарыг хэрэглээний шаардлагад нийцүүлэх асуудал юм. Цутгамал төмөр нь хүнд үйлдвэрийн хувьд бат бөх бат бөх чанар, чичиргээг бууруулдаг; боржин чулуу нь стандарт өндөр нарийвчлалтай хэмжилзүйн хувьд шаардлагатай дулааны тогтвортой байдал, бага засвар үйлчилгээ үзүүлдэг; дэвшилтэт керамик нь хамгийн онцгой технологийн хэрэглээнд хурд, нарийвчлалын хил хязгаарыг туулдаг. Үйлдвэрлэгчид болон метрологичид материал бүрийн нарийн давуу болон хязгаарлалтыг ойлгосноор хэмжилтийнхээ бүрэн бүтэн байдлыг хангах, хөрөнгө оруулалтаа оновчтой болгох, улам бүр нарийвчлалтай болж буй үйлдвэрлэлийн орчинд чанарын хамгийн өндөр стандартыг хадгалах мэдээлэлтэй шийдвэр гаргаж чадна.