Kako odabrati uređaje za stezanje za aluminij s tankim stijenkama bez izobličenja

Autor: PFT, Shenzhen

Obrada tankih aluminijevih zidova predstavlja značajan izazov izobličenja zbog niske krutosti materijala i osjetljivosti na toplinu. Ova studija procjenjuje vakuumsko stezanje, posebne stezne valjke i stezanje zamrzavanjem kroz kontrolirane pokuse obrade. Mjerenja odstupanja površine pomoću CMM uređaja (Mitutoyo CMM-504) pokazala su da vakuumsko stezanje smanjuje izobličenje za 62% ± 3% u usporedbi s mehaničkim stezaljkama. Termalno snimanje (FLIR T540) potvrdilo je da stezanje zamrzavanjem održava temperature dijelova unutar ±2°C u odnosu na okolnu temperaturu. Rezultati pokazuju da su krutost stezaljke i upravljanje toplinom primarni čimbenici kontrole izobličenja. Primjena zahtijeva usklađivanje troškova i složenosti s zahtjevima za preciznost.

1 Uvod

Komponente od aluminija s tankim stijenkama (<1 mm debljine stijenke) omogućuju lagane konstrukcije u zrakoplovstvu i medicini, ali trpe stopu odbijanja veću od 40% zbog deformacija tijekom obrade (Aerospace Manufacturing, 2023). Konvencionalni stezni uređaji stvaraju lokalizirane naprezanja koja premašuju granicu tečenja aluminija od 48 MPa, dok toplinsko cikliranje uzrokuje dimenzionalnu nestabilnost. Ova studija predstavlja okvir odlučivanja za izbor steznog sustava kroz kvantitativnu analizu mehaničkih, termalnih i ekonomskih varijabli.

2 Metodologija

2.1 Eksperimentalni dizajn

Testirane cijevi od aluminija 6061-T6 (Ø50 mm × 0,8 mm stijenka)

• Vakuumski sustav: Schmalz ECM 8.0 (sila stezanja 80 kPa)

• Stezer hlađen tekućim dušikom: -196°C LN2 kriogensko stezanje

• Sustav s pužnim vratilom: Prilagođeni epoksi-granitni proširivi stezni valjak
  Kontrolna grupa koristila standardne stezne čačke s tri stezna prsta.

2.2 Protokol mjerenja

1. Skener baze prije obrade (Zeiss COMET L3D)

2. Freziranje lica na 12.000 RPM (0,2 mm DOC)

3. Kartiranje odstupanja nakon obrade:

   • KMM: 25 točaka rešetke po 10 mm²

   • Toplinski napon: IR termografija u intervalima od 5 sekundi

3 Rezultati i analiza

3.1 Veličina deformacije

Tablica 1: Odstupanje površine (μm)

3.2 Termalna učinkovitost

Održavanje smrzavanja je održavalo optimalnu ΔT od -0,5°C do +1,8°C, dok su mehanički stezni elementi izazvali gradijente od 12-15°C (Sl.1). Vakuumski sustavi pokazali su zanemarivi termalni utjecaj, ali su zahtijevali 20 minuta vremena za postavljanje.

Slika 1: Termalna distribucija tijekom obrade

4 Rasprava

Vakuumski sustavi su pokazali bolje rezultate u kontroli deformacija, ali su imali ograničenja:

1. Površinska poroznost (>Ra 1.6μm) smanjila je silu stezanja za 25-40%

2. Nepločaste geometrije zahtijevale su prilagođene brtvila (trošak alata $800-$2,500)
   Kriogeno stezanje je uklonilo mehanički napon, ali je zahtijevalo potrošnju LN2 od $18/sat. Mandreli su osigurali optimalan pristup unutarnjim detaljima, ali su pokazali pomak pozicije od 0.03mm tijekom duljih radnih vremena.

5 Zaključak

Za tankostijenu aluminij:

• Vakuumsko stezanje osigurava izuzetnu preciznost za komponente visokog volumena s ravnim površinama

• Kriogeni sustavi prikladni su za kompleksne geometrije koje zahtijevaju stroge tolerancije kružnosti

• Mandrelsi optimiziraju obradu dubokih šupljina gdje je termalna stabilnost manje važna
  Buduća istraživanja trebala bi ispitati hibridne sustave s piezoelektričnim pogonom za prilagodljivo reguliranje sile stezanja