Miten valita työn kiinnitys ohutseinämäiselle alumiinille ilman vääristymistä

Kirjoittaja: PFT, Shenzhen

Ohutseinämäisen alumiinin työstössä esiintyy merkittäviä vääristymisongelmia materiaalin matalan jäykkyyden ja lämpöherkkyyden vuoksi. Tämä tutkimus arvioi tyhjiöpuristimia, räätälöityjä hylsyjä ja jäähdytyskiinnitysjärjestelmiä ohjattujen työstökokeiden avulla. Pinnan poikkeamamittaukset käyttäen CMM-laitetta (Mitutoyo CMM-504) osoittivat, että tyhjiökiinnitys vähensi vääristymistä 62 % ± 3 % verrattuna mekaanisiin kiinnikkeisiin. Lämpökuvauksella (FLIR T540) vahvistettiin, että jäähdytyskiinnitys ylläpiti osan lämpötilaa ±2 °C:n tarkkuudella huoneenlämpötilaan nähden. Tulokset osoittavat, että kiinnikkeen jäykkyys ja lämmönhallinta ovat pääasiallisia tekijöitä vääristymisen hallinnassa. Toteutuksessa tarvitaan tasapainoa kustannusten ja monimutkaisuuden sekä tarkkuusvaatimusten välillä.

1 johdanto

Ohutseinämäiset alumiinikomponentit (<1 mm seinämänpaksuus) mahdollistavat kevyet lentokone- ja lääkintäsovellukset, mutta niiden hylkäysprosentti on yli 40 % käsiteltäessä vääristymien vuoksi (Aerospace Manufacturing, 2023). Perinteiset jäännösjännitykset ylittävät alumiinin 48 MPa:n myötörajan, kun taas lämpötilan vaihtelu aiheuttaa mittojen epävakauden. Tämä tutkimus perustaa päätöskehyksen työstökappaleen kiinnityksen valintaan mekaanisten, lämpöisten ja taloudellisten muuttujien kvantitatiivisen analyysin kautta.

2 Menetelmät

2.1 Kokeellinen suunnittelu

Testattiin 6061-T6 alumiiniputkia (Ø50 mm × 0,8 mm seinämä)

• Tyhjännyssysteemi: Schmalz ECM 8.0 (80 kPa:n pitovoima)

• Jäädytyspidike: -196 °C nestetypellä toimiva kryogeeninen kiinnitys

• Holkki: Räätälöity laajeneva hartsibetoniholkki
  Vertailuryhmä käytti vakioitua 3-hampaisia jakkaroita.

2.2 Mittausprotokolla

1. Ennakkoperusteinen skannaus ennen työstöä (Zeiss COMET L3D)

2. Pintahionta 12 000 kierrosta minuutissa (0,2 mm syvyys leikkauksessa)

3. Jälkikoneistuksen poikkeamien kartoitus:

   • Koordinaattimittaus: 25 pistettä ruudussa, 10 mm²

   • Lämpömuutokset: IR-lämpökameralla 5 sekunnin välein

3 Tulokset ja analyysi

3.1 Väärinmuodostumien suuruus

Taulukko 1: Pinnan poikkeamat (μm)

3.2 Lämpösuorituskyky

Jäätymisen kiinnitys ylläpiti optimaalista -0,5 °C:sta +1,8 °C:een ΔT, kun taas mekaaniset kiinnikkeet aiheuttivat 12–15 °C:n gradientit (kuva 1). Tyhjiöjärjestelmät osoittivat merkityksettömän vaikutuksen lämmössä, mutta niissä tarvittiin 20 minuutin asetusaika.

Kuva 1: Lämmön jakautuminen porattaessa

4 Keskustelu

Tyhjiöjärjestelmät toimivat paremmin kuin vaihtoehdot muovautumisen hallinnassa, mutta niissä oli rajoituksia:

1. Pinnan huokosuus (>Ra 1,6 μm) vähensi pitovoimaa 25–40 %

2. Epätasogeometriat vaativat räätälöityjä tiivisteitä ($800–$2500 työkalukustannukset)
   Kryogeeninen kiinnitys poisti mekaanisen jännityksen, mutta siinä kului $18/hrs Neste typellä (LN2). Tukisylinterit tarjosivat parhaan mahdollisen pääsyn sisäisiin ominaisuuksiin, mutta niissä havaittiin 0,03 mm:n sijainnin hajaantuminen pitkissä käynteissä.

5 Johtopäätös

Ohutseinämäiselle alumiinille:

• Tyhjiökiinnitys tarjoaa huipputarkkuuden suurille tasokomponenteille

• Kryogeeniset järjestelmät sopivat monimutkaisiin geometrioihin, joissa on tiukat TIR-vaatimukset

• Työkalut optimoivat syvien kaviteettien koneistusta, kun lämpötilavakaus on toissijainen huolenaihe
  Tulevan tutkimuksen tulisi tutkia hybridipiezo-ohjattuja järjestelmiä säätöpitoisten voimien modulointiin