Como Elixir Workholding para Aluminio de Pared Delgada Sen Deformación

Autor: PFT, Shenzhen

O mecanizado de aluminio de pared delgada presenta importantes desafíos de deformación debido á baixa rigidez do material e á súa sensibilidade térmica. Este estudo avalía mordazas de baleiro, mandris personalizados e sistemas de fixación por conxelación mediante probas controladas de mecanizado. As medicións de desviación superficial usando CMM (Mitutoyo CMM-504) revelaron que a fixación ao baleiro reducía a deformación nun 62% ± 3% fronte aos dispositivos mecánicos. A imaxe térmica (FLIR T540) confirmou que a fixación por conxelación mantiña as temperaturas das pezas dentro de ±2°C da temperatura ambiente. Os resultados demostran que a rigidez do dispositivo e a xestión térmica son os principais factores de control da deformación. A implementación require equilibrar custo e complexidade fronte aos requisitos de precisión.

1 Introdución

Compónentes de aluminio de parede fina (<1 mm de espesor) permiten aplicacións en aeroespacial e medicina de baixo peso pero sofren taxas de rexeitación >40% por deformación durante o mecanizado (Aerospace Manufacturing, 2023). As morsas convencionais xeran esforzos localizados que superan o punto de cesión do aluminio de 48 MPa, mentres que o ciclo térmico provoca inestabilidade dimensional. Este estudo establece un marco de decisión para a selección de sistemas de fixación mediante análise cuantitativa de variables mecánicas, térmicas e económicas.

2 Metodoloxía

2.1 Deseño experimental

Probaron tubos de aluminio 6061-T6 (Ø50 mm × 0,8 mm de parede) utilizando:

• Sistema de baleiro: Schmalz ECM 8.0 (forza de agarre de 80 kPa)

• Fixación por conxelación: clampaxe crioxénica con LN2 a -196 °C

• Sistema de mandril: Árbore expansible personalizada de epoxy-granito
  O grupo de control utilizou morsas estándar de 3 garras.

protocolo de medición 2.2

1. Escaneo de liña de base previo á mecanización (Zeiss COMET L3D)

2. Fresado de cara a 12.000 RPM (0,2 mm DOC)

3. Mapeo de desviacións despois da mecanización:

   • MMC: grella de 25 puntos por 10 mm²

   • Deriva térmica: termografía IR cada 5 segundos

3 Resultados e Análise

3.1 Magnitude da distorsión

Táboa 1: Desviación da superficie (μm)

3.2 Rendemento térmico

A fixación por conxelación manteu unha ΔT óptima de -0,5°C a +1,8°C, mentres que os sistemas mecánicos induciron gradientes de 12-15°C (Fig.1). Os sistemas de baleiro mostraron impacto térmico despreciable pero requiriron 20 minutos de tempo de instalación.

Figura 1: Distribución térmica durante o mecanizado

4 Discusión

Os sistemas de baleiro superaron as alternativas no control de deformacións pero mostraron limitacións:

1. A porosidade superficial (>Ra 1,6μm) reduciu a forza de agarre en 25-40%

2. As xeometrías non planas requiriron selos personalizados (custo de ferramenta de $800-$2.500)
   A fixación crioxénica eliminou o esforzo mecánico pero supuxo un consumo de 18 $/hr de LN2. Os mandris proporcionaron unha accesibilidade óptima para as características internas pero mostraron un desvío posicional de 0,03 mm durante as operacións prolongadas.

5 Conclusión

Para aluminio de parede fina:

• O sistema de suxección por baleiro ofrece unha maior precisión para compoñentes planos de alta produción

• Os sistemas crioxénicos son adecuados para xeometrías complexas con requirimentos estritos de ITT

• Os mandris optimizan a mecanización de cavidades profundas onde a estabilidade térmica é secundaria
  A investigación futura debería explorar sistemas de actuación híbridos baseados en piezoelectricidade para a modulación adaptativa da forza de fixación.