Com Triar el Workholding per a l’Alumini de Paret Prima Sense Distorsió

Autor: PFT, Shenzhen

El mecanitzat de l’alumini de paret fina presenta importants desafiaments de distorsió a causa de la baixa rigidesa del material i la seva sensibilitat tèrmica. Aquest estudi avalua plats de buit, mandrins personalitzats i sistemes de fixació per congelació mitjançant proves controlades de mecanitzat. Les mesures de desviació superficial amb un micròmetre de coordenades (Mitutoyo CMM-504) van revelar que la fixació per buit reduïa la distorsió en un 62% ± 3% respecte als sistemes mecànics. Els estudis tèrmics (FLIR T540) van confirmar que la fixació per congelació mantenia la temperatura de les peces dins dels ± 2 °C respecte a l’ambient. Els resultats demostren que la rigidesa del sistema de fixació i la gestió tèrmica són els principals factors de control de la distorsió. La seva implementació requereix equilibrar costos i complexitat amb els requisits de precisió.

1 Introducció

Els components d'alumini de paret fina (<1 mm de gruix de paret) permeten aplicacions lleugeres en aeroespacial i mèdiques, però pateixen taxes de rebuig de més del 40% per distorsions durant el mecanitzat (Aerospace Manufacturing, 2023). Les mordaces convencionals generen tensions localitzades que superen el límit elàstic de l'alumini de 48 MPa, mentre que el cicle tèrmic provoca inestabilitat dimensional. Aquest estudi estableix un marc de presa de decisions per a la selecció de fixacions mitjançant l'anàlisi quantitativa de variables mecàniques, tèrmiques i econòmiques.

2 Metodologia

2.1 Disseny experimental

S'han provat tubs d'alumini 6061-T6 (Ø50 mm × 0,8 mm de paret) utilitzant:

• Sistema de buit: Schmalz ECM 8.0 (força de fixació de 80 kPa)

• Fixació per congelació: abrazadera criogènica a -196 °C amb LN2

• Sistema de mandrinat: Arbre expandible personalitzat d'epòxi-granit
  El grup de control va utilitzar mordaces normals de 3 potes.

2.2 Protocol de mesura

1. Escaneig de línia base prèvi a la mecanització (Zeiss COMET L3D)

2. Fresat frontal a 12.000 RPM (0,2 mm de profunditat de tall)

3. Mapeig de desviació posterior a la mecanització:

   • MMT: graella de 25 punts per 10 mm²

   • Deriva tèrmica: termografia IR cada 5 segons

3 Resultats i Anàlisi

3.1 Magnitud de la distorsió

Taula 1: Desviació superficial (μm)

3.2 Rendiment tèrmic

La fixació per congelació va mantenir una ΔT òptima de -0,5°C a +1,8°C, mentre que les fixacions mecàniques van induir gradients de 12-15°C (Fig.1). Els sistemes de buit van mostrar un impacte tèrmic negligible però van requerir 20 minuts de temps de configuració.

Figura 1: Distribució tèrmica durant el mecanitzat

4 Discussió

Els sistemes de buit van superar les alternatives en el control de distorsió però van mostrar limitacions:

1. La porositat superficial (>Ra 1,6μm) va reduir la força de fixació en un 25-40%

2. Les geometries no planes van requerir segells personalitzats (cost de 800-2.500 € per a les eines)
   La fixació criogènica va eliminar l'esforç mecànic però va implicar un consum de 18 $/hr de LN2. Els mandrins van proporcionar una optimització de l'accessibilitat per a característiques interiors però van mostrar una desviació posicional de 0,03 mm durant funcionaments prolongats.

5 Conclusió

Per a l'alumini de paret fina:

• El sistema de fixació per buit ofereix una precisió superior per a components plans d'alta producció

• Els sistemes criogènics són adequats per a geometries complexes amb requisits estrictes de TIR

• Els mandrins optimitzen la fresatura en cavitats profundes on l'estabilitat tèrmica és secundària
  La recerca futura hauria d'investigar sistemes híbrids amb actuadors piezoelèctrics per a la modulació adaptativa de la força de fixació.