2018/4/4

精密平台與花崗岩

在製造工程上,精密平台算是非常重要的輔助裝置,
要量測入料零件或成品的尺寸,
不論是量平面度或高度都需要一個精密平台作為基準,
所以只要是專業製造的公司,經常都會準備有精密平台。
圖片來源:原形精密

甚至會準備專用的量測治具
圖片來源:原形精密

精密平台通常材料會使用鑄鐵或花崗岩製作,
但是高精密要求的平台幾乎都是使用花崗岩製作,
因此更多時候會稱為花崗岩平台。

有時候一些朋友會將花崗岩平台口誤稱為大理石平台,是天大的誤會!
大理石跟花崗岩兩者的材質差異很大:

大理石是變質岩,主要由由方解石、石灰石、蛇紋石和白雲石等組成,以碳酸鹽(碳酸鈣)為主,質地較軟(莫氏硬度3~4)且容易受酸侵蝕,一般會用在室內裝潢建材上,若用在戶外會受酸雨侵蝕。
花崗岩是火成岩,主要由長石、石英、雲母等組成,成份以二氧化矽為主,結構細緻,相對硬(莫氏硬度5~7)、耐腐蝕且吸水率低,在建材上可以用在外牆。

一般的機械與工業用途上很少(根本沒聽過)會使用大理石作為結構件的材料。

花崗岩會拿來當作結構件使用是因為有以下幾個特點:
1.硬度高 : 蕭氏硬度H 85~100,莫氏硬度5~7
2.比重相對鑄鐵低:用在精密平台使用的花崗岩比重較一般建築用花崗岩高(2.54~2.66 g/cc),南非淺黑約3.04 g/cc,印度黑更高達3.15 g/cc
3. 耐腐蝕:二氧化矽為主要成份,對一般的酸鹼溶劑都有良好的抵抗能力
4. 熱膨脹係數低:3.7~11 * 10^-6 /℃
5. 脆性破壞:局部破損對平面不會有影響,像鑄鐵平台,敲擊後會有凹陷跟突起,花崗岩平台因為脆性破壞只會凹陷幾乎沒有突起,相較之下 比較不會影響整面的平坦性
6. 材料阻尼高:可以吸收外界傳入的振動能量
7. 吸水率低:<0.2%

這些特性對需要高精密度、穩定尺寸的結構件來說非常的重要,
因此精密平台幾乎都會以花崗岩為主要製作材料。

但是花崗岩的性質差異受到岩石形成過程的壓力 、溫度等條件影響很大,
所以雖然許多地質條件符合的區域都有花崗岩產出,
但是各地品質不同,有的適合建築用途,有的適合用在精密平台與量具、結構件,
據說平台用花崗岩品質以產自印度 Hosur,Tamil Nadu 地區的印度黑 (Black Galaxy) 花崗岩的品質最好,顆粒細緻、均勻,孔隙率與吸水率低,抗拉與抗壓強度好;
中國濟南、南非 Impala (南非淺黑)、法國 Tam 次之,參考:
資料來源:參考資料 1
之前工作時有找到台灣的廠商原形精密,
專精在花崗岩平台、量治具跟機構件、機構平台的製作與設計,
本身就擁有通過國家認證的恆溫恆溼精密量測實驗室;
但是最近得到的訊息是工廠部分已經停止運作,真是可惜...

也有國內外廠商發展使用花崗岩粉末加入環氧樹脂成型,成為人造花崗岩,
可以製作形狀更為多元與複雜的結構形狀,
號稱在抗振動特性與熱膨脹率等各方面效果更好,
抑制振動的阻尼特性比天然花崗岩好 3 倍,比鑄鐵好 10 倍,參考 *3,
但是因為環氧樹脂的關係,楊氏係數會比較小比較容易變形),機械強度也會比較差一點;
加上製造過程比較複雜,而且環氧樹脂的每公斤單價比花崗岩貴很多,
所以人造花崗岩價格比天然花崗岩更貴。

市場上有許多儀器公司可以協助購買花崗岩平台與量具,
就一般的標準規格件來說,價格差異應該有限,

例如參考伍全的網站(早期網址已失效,新網址),代理的產品參考價如下:
300x300xt75 (NTD 3,720)~900x1200xt150 (NTD 38,896),
到1000x2000xt200 (NTD 184,231),
價格跟大小、平面度、廠牌有關。


但若是訂製品可能還是直接找有能力加工(檢驗)的製造廠會比較有保障、划算跟省時。

台灣有作花崗岩加工的廠商這1、2年來越來越多,
除了老牌的原形精密已經停止製造以外,
網路上找到了的還有福春(桃園)、晟鈦科技(台中)、僑光(台中、人造花崗岩)、鼎準科技(花蓮)、般若創新(台中)振弘科技(新竹)、鑫禾(台中)等等。

參考資料:
1. A review paper on Mechanical and Thermal Properties of Granite and its Industrial Applications.
2. Elastic Properties of Granulite facies rocks of Mahabalipuram, Tamile Nadu, India.
3. Analysis on Mechanical and Dynamic behavior of Granite Epoxy Composite with Cast Iron Particulates as Filler.

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