Pregunteu a qualsevol tècnic de laboratori de metrologia què arruïna abona mesura, i la deriva de temperatura augmenta gairebé immediatament - normalment abans de la vibració, abans de l'error de l'operador, de vegades fins i tot abans de la calibració de l'instrument. No és dramàtic. Ningú no nota que l'habitació s'escalfa 1,5 graus durant una tarda. Però amb toleràncies inferiors a -micres, aquest canvi silenciós és sovint la font real de la variància de mesura "inexplicable" que tothom passa una setmana perseguint.
Per què l'expansió tèrmica és més important del que la gent espera
Cada material s'expandeix i es contrau amb la temperatura. La taxa es descriu pel coeficient d'expansió tèrmica (CTE), normalment expressat en parts per milió per grau Celsius (µm/m· grau). Per a la majoria dels metalls d'enginyeria, aquest nombre no és prou petit com per ignorar-lo una vegada que les toleràncies baixen d'unes poques micres.
L'acer es troba entre 11 i 13 µm/m· grau. L'alumini és encara més alt, sovint entre 22 i 24 µm/m· grau. El ferro colat és una mica més baix, normalment entre 10 i 11 µm/m· grau , però encara es mou prou en un espai d'1-metre i un gir de 5 graus per introduir desenes de micres d'error dimensional - molt més enllà del que pot tolerar una CMM o una etapa d'alineació de semiconductors. El granit, per contra, generalment cau en el rang de 5-8 µm/m· graus segons la composició mineral, i la seva baixa conductivitat tèrmica significa que respon a aquests canvis de temperatura molt més lentament per començar. Aquesta combinació - menor velocitat d'expansió, resposta més lenta: és realment tota la història de per què el granit domina les estructures de referència de precisió.
El problema estàndard de la temperatura de referència
La majoria dels estàndards de calibratge, inclosos DIN 876 i ASME B89.3.7, especifiquen 20 graus com a temperatura de referència per a la mesura de la planitud i la quadratura. En un laboratori de metrologia controlada, això és possible. En una fàbrica al costat d'una premsa d'estampació o prop d'una porta de moll de càrrega, normalment no és - i és aquí on s'originen moltes disputes de mesura entre proveïdors i clients. Una placa de superfície de granit mesurada a 23 graus no mostrarà la mateixa lectura de planitud que una mesurada a 20 graus, i els compostos de desviació amb la mida de la placa.
Aquesta és una de les raons per les quals hem trobat que val la pena invertir en un ambient realment-controlat de temperatura en lloc de tractar-lo com una casella de selecció. El nostre taller de-temperatura constant i-humitat constant funciona sobre un sòl de formigó armat de més d'un metre de gruix, aïllat per rases de vibració al voltant del perímetre, amb ponts grues silenciosos per evitar la introducció de pertorbacions mecàniques durant la manipulació. Res d'això canvia la física del CTE del granit -, però sí que significa que les mesures preses durant la producció i durant la inspecció final són realment comparables al que veurà un client al seu propi laboratori, suposant que el seu entorn també està raonablement controlat.
La selecció del material encara és important
No tot el granit funciona de manera idèntica, i això s'oculta en molts materials de màrqueting. El CTE i la resposta tèrmica depenen de la composició i la densitat del mineral - una pedra de gra-gruixut i de densitat més baixa-es comportarà de manera diferent sota càrrega tèrmica que un gabbro de gra-fi-alta densitat. Utilitzem granit negre amb una densitat d'uns 3.100 kg/m³, que tendeix a una millor estabilitat dimensional en comparació amb la pedra de menor -densitat substituïda de vegades per proveïdors menys acurats. Si una base de granit s'incorpora a una eina de semiconductors o una estructura CMM destinada a mantenir la calibració durant una dècada, la densitat i la consistència de l'origen no són detalls cosmètics - són la variable d'enginyeria real.
Implicacions pràctiques per als compradors
Per als equips de compres i qualitat que especifiquen components de granit, uns quants hàbits recorren un llarg camí:
Demaneu dades CTE específiques del lot de granit, no una xifra genèrica de la indústria.
Confirmeu si els certificats de planitud s'han emès a 20 graus o a la temperatura ambient de la botiga -, la diferència no és trivial per a les peces de tolerància-sanita.
Si l'equip funcionarà en una instal·lació sense un estricte control ambiental, tingueu en compte un període d'estabilització tèrmica abans de les mesures crítiques, independentment del material que utilitzi la superfície de referència.
Per a ponts o llits de granit molt grans, pregunteu com gestiona el proveïdor els gradients de temperatura interns durant la mòlta - una placa mòlta de manera desigual a través d'un gradient tèrmic pot passar la inspecció i encara derivar un cop instal·lada en un entorn diferent.
Una expectativa raonable, no una solució màgica
El granit no elimina l'expansió tèrmica - no ho fa res. El que fa és reduir la magnitud i disminuir la velocitat, que a la pràctica sovint és suficient per mantenir els equips de sub-micres dins de la tolerància durant un torn de treball normal sense controls ambientals exòtics. Aquest és un avantatge significatiu d'enginyeria, però no és un substitut de la disciplina tèrmica bàsica al laboratori: HVAC estable, minimització de la llum solar directa a les superfícies de mesura i permetent que les peces entrants s'aclimaten abans de la inspecció encara importa, base de granit o no.
El comportament tèrmic és una d'aquestes especificacions que és fàcil de saltar en un full de dades i que és car d'ignorar a la pràctica. Per a qualsevol persona que especifiqui components de granit per a CMM, eines de semiconductors o estàndards de referència-a llarg termini, val la pena demanar als proveïdors dades reals de CTE i densitat en comptes de tenir una "expansió tèrmica baixa" com a donada -, la variació entre proveïdors és més gran del que suposen la majoria dels compradors.