Πώς να Επιλέξετε Συσκευή Σύσφιξης για Επεξεργασία Λεπτών Τοιχωμάτων Από Αλουμίνιο Χωρίς Παραμόρφωση

Συγγραφέας: PFT, Shenzhen

Η κατεργασία αλουμινίου με λεπτά τοιχώματα παρουσιάζει σημαντικές προκλήσεις παραμόρφωσης λόγω της χαμηλής δομικής δυσκαμψίας και της θερμικής ευαισθησίας του υλικού. Αυτή η μελέτη αξιολογεί συστήματα στερέωσης με κενό, εξατομικευμένα μανδύες και συστήματα στερέωσης με παγωτική διαδικασία μέσω ελεγχόμενων δοκιμών κατεργασίας. Μετρήσεις απόκλισης επιφάνειας με CMM (Mitutoyo CMM-504) έδειξαν ότι η στερέωση με κενό μείωσε την παραμόρφωση κατά 62% ± 3% σε σχέση με μηχανικά συστήματα στερέωσης. Η θερμική απεικόνιση (FLIR T540) επιβεβαίωσε ότι η στερέωση με πάγο διατήρησε τις θερμοκρασίες των εξαρτημάτων εντός ±2°C της περιβαλλοντικής θερμοκρασίας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η δυσκαμψία του συστήματος στερέωσης και η διαχείριση θερμότητας είναι οι κύριοι παράγοντες ελέγχου παραμόρφωσης. Η εφαρμογή απαιτεί ισοσκέλιση του κόστους και της πολυπλοκότητας με τις απαιτήσεις ακρίβειας.

1 εισαγωγή

Εξαρτήματα από αλουμίνιο με λεπτά τοιχώματα (<1 mm πάχος τοιχώματος) επιτρέπουν εφαρμογές στην αεροναυπηγική και στην ιατρική με μειωμένο βάρος, αλλά αντιμετωπίζουν ποσοστό απόρριψης >40% λόγω παραμορφώσεων κατά την κατεργασία (Aerospace Manufacturing, 2023). Τα συμβατικά τσοκ εμφανίζουν τοπικές τάσεις που υπερβαίνουν το όριο διαρροής του αλουμινίου στα 48 MPa, ενώ οι θερμικές μεταβολές προκαλούν διαστασιακή αστάθεια. Η παρούσα μελέτη διαμορφώνει ένα πλαίσιο αποφάσεων για την επιλογή συσκευών σύσφιξης μέσω ποσοτικής ανάλυσης μηχανικών, θερμικών και οικονομικών μεταβλητών.

2 Μεθοδολογία

2.1 Σχεδιασμός Πειράματος

Δοκιμάστηκαν σωλήνες αλουμινίου 6061-T6 (Ø50 mm × 0,8 mm τοίχωμα) χρησιμοποιώντας:

• Σύστημα κενού: Schmalz ECM 8.0 (80 kPa δύναμη σύσφιξης)

• Καταψυκτική σύσφιξη: -196°C συμπυκνωμένο άζωτο (cryogenic clamping)

• Σύστημα μανδρέματος: Προσαρμοσμένος διαστελλόμενος άξονας εποξειδικής-γρανίτης
  Η ομάδα ελέγχου χρησιμοποίησε τυπικές σφιγκτήρες τριών σιαγόνων.

2.2 Πρωτόκολλο Μέτρησης

1. Αρχική μέτρηση πριν από την κατεργασία (Zeiss COMET L3D)

2. Πρόσθια κοπή στις 12.000 στροφές (βάθος κοπής 0,2 mm)

3. Χαρτογράφηση απόκλισης μετά την κατεργασία:

   • Μηχανή CMM: πλέγμα 25 σημείων ανά 10 mm²

   • Θερμική παρέκκλιση: θερμογραφία IR σε διαστήματα 5 δευτερολέπτων

3 Αποτελέσματα και Ανάλυση

3.1 Μέγεθος παραμόρφωσης

Πίνακας 1: Απόκλιση επιφάνειας (μm)

3.2 Θερμική Απόδοση

Η ψυχρή σύσφιγξη διατήρησε τη βέλτιστη διαφορά θερμοκρασίας -0,5°C έως +1,8°C, ενώ οι μηχανικές συσκευές προκαλούσαν βαθμίδες θερμοκρασίας 12-15°C (Σχήμα 1). Τα συστήματα κενού είχαν αμελητέα θερμική επίδραση αλλά απαιτούσαν χρόνο εγκατάστασης 20 λεπτών.

Σχήμα 1: Θερμική κατανομή κατά την κατεργασία

4 Συζήτηση

Τα συστήματα κενού υπερτερούν στον έλεγχο παραμόρφωσης αλλά παρουσίασαν περιορισμούς:

1. Η επιφανειακή πορώδης δομή (>Ra 1.6μm) μείωσε τη δύναμη σύσφιγξης κατά 25-40%

2. Οι μη επίπεδες γεωμετρίες απαιτούσαν εξατομικευμένα στεγανοποιητικά (κόστος εργαλείων $800-$2,500)
   Η κρυογονική σύσφιγξη εξάλειψε τη μηχανική τάση αλλά συνεπαγόταν κατανάλωση LN2 $18/ώρα. Τα μανδύες παρείχαν βέλτιστη πρόσβαση σε εσωτερικά χαρακτηριστικά αλλά παρουσίασαν μετατόπιση θέσης 0,03mm κατά τις εκτεταμένες διαρκείς λειτουργίες.

5 Συμπεράσματα

Για πλάκες από αλουμίνιο με λεπτά τοιχώματα:

• Η σύσφιγξη με κενό παρέχει ανώτερη ακρίβεια για επίπεδα εξαρτήματα μεγάλης παραγωγής

• Τα κρυογονικά συστήματα είναι κατάλληλα για σύνθετες γεωμετρίες με αυστηρές απαιτήσεις TIR

• Τα μάντρελ βελτιστοποιούν την κατεργασία βαθιών κοιλοτήτων όπου η θερμική σταθερότητα είναι δευτερεύουσα
  Μελλοντικές έρευνες θα πρέπει να ερευνήσουν υβριδικά συστήματα με πιεζοηλεκτρικούς ενεργοποιητές για προσαρμοστική ρύθμιση της δύναμης σύσφιξης.