كيفية اختيار نظام التثبيت المناسب للألومنيوم الرقيق الجدران دون حدوث تشويه

المؤلف: PFT، شنتشن

يُعد تشغيل الألومنيوم ذي الجدران الرقيقة تحديًا كبيرًا من حيث التشويه بسبب انخفاض صلابة المادة و sensitivit الحرارية. قام هذا البحث بتقييم مراوح الفراغ، والمحاور المخصصة، وأنظمة التثبيت بالتجميد من خلال تجارب تشغيل خاضعة للرقابة. أظهرت قياسات الانحراف السطحي باستخدام جهاز القياس ثلاثي الأبعاد (Mitutoyo CMM-504) أن التثبيت بالفراغ قلل التشويه بنسبة 62٪ ± 3٪ مقارنة بالأدوات الميكانيكية. وأكدت الصور الحرارية (FLIR T540) أن نظام التثبيت بالتجميد حافظ على درجة حرارة القطعة ضمن نطاق ±2°م من درجة حرارة الغرفة. أظهرت النتائج أن صلابة الأداة وإدارة الحرارة هما العاملان الرئيسيان للتحكم في التشويه. ويتطلب التطبيق تحقيق توازن بين التكلفة والتعقيد ومتطلبات الدقة.

1 مقدمة

تمكن مكونات الألومنيوم ذات الجدران الرقيقة (سماكة الجدار أقل من 1 مم) من تطبيقات الطيران والفضاء والتطبيقات الطبية خفيفة الوزن، ولكنها تعاني من معدلات رفض تتجاوز 40٪ بسبب التشويه أثناء التشغيل (تصنيع الطيران، 2023). تولّد المكابس التقليدية إجهادات محلية تتجاوز نقطة خضوع الألومنيوم البالغة 48 ميغاباسكال، في حين تؤدي الدورات الحرارية إلى عدم استقرار الأبعاد. تُنشئ هذه الدراسة إطارًا لاتخاذ القرار لاختيار وسيلة تثبيت القطعة من خلال تحليل كمي للمتغيرات الميكانيكية والحرارية والاقتصادية.

2 منهجية البحث

2.1 تصميم التجربة

تم اختبار أنابيب من الألومنيوم 6061-T6 (قطر 50 مم × جدار بسماكة 0.8 مم) باستخدام:

• نظام الشفط: Schmalz ECM 8.0 (قوة تثبيت 80 كيلو باسكال)

• تثبيت بالتبريد: -196°C تثبيت باستخدام النيتروجين السائل

• نظام المدادة: محور قابل للتوسيع مصنوع من مزيت الإيبوكسي والجرانيت حسب الطلب
  المجموعة الضابطة استخدمت مكابس ثلاثية الم jaws قياسية.

بروتوكول القياس 2.2

1. مسح قياسي قبل التشغيل (Zeiss COMET L3D)

2. تسطيح الوجه عند 12000 دورة في الدقيقة (0.2 مم عمق القطع)

3. رسم الانحراف بعد التشغيل:

   • جهاز قياس الإحداثيات: شبكة مكونة من 25 نقطة لكل 10 مم²

   • الانجراف الحراري: التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء بفواصل زمنية 5 ثوانٍ

3 النتائج والتحليل

3.1 مقدار التشويه

الجدول 1: انحراف السطح (ميكرومتر)

3.2 الأداء الحراري

حافظت المكابس بالتبريد على نطاق حراري مثالي من -0.5°C إلى +1.8°C ΔT، بينما أحدثت المثبتات الميكانيكية تدرجات حرارية بحدود 12-15°C (الشكل 1). أظهرت الأنظمة الفراغية تأثيرًا حراريًا ضئيلاً لكنها تحتاج إلى 20 دقيقة وقت إعداد.

الشكل 1: التوزيع الحراري أثناء التشغيل

4 المناقشة

تفوقت الأنظمة الفراغية على البدائل من حيث التحكم في التشويه لكنها أظهرت بعض القيود:

1. قللت المسامية السطحية (>Ra 1.6μm) من قوة الإمساك بنسبة 25-40%

2. استدعت الأشكال غير المستوية تصميم ختم خاص (بتكاليف أدوات تتراوح بين 800 و2500 دولار)
   أزالت المكابس بالتبريد الإجهادات الميكانيكية لكنها استهلكت 18 دولارًا/ساعة من النيتروجين السائل (LN2). وفرت المغازل إمكانية وصول مثلى للميزات الداخلية لكنها أظهرت انحرافًا موضعيًا بقيمة 0.03 مم أثناء التشغيل الطويل.

5 الاستنتاج

للألمنيوم ذي الجدران الرقيقة:

• توفر أنظمة التثبيت الفراغية دقة متفوقة للمكونات المستوية ذات الإنتاج الكمي العالي

• تتناسب الأنظمة التبريدية مع الهندسات المعقدة التي تتطلب متطلبات صارمة لـ TIR

• تحسّن الماندريلا من تشغيل التجويفات العميقة حيث تكون الاستقرار الحراري ثانويًا
  يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على دراسة الأنظمة الهجينة المؤثرة كهربائيًا لتعديل القوة الكابسة التكيفية