Hogyan válasszunk megfogást vékonyfalú alumíniumhoz torzulás nélkül

Szerző: PFT, Shenzhen

A vékonyfalú alumínium megmunkálása jelentős torzulási kihívásokkal jár az alacsony anyagmerevség és a hőérzékenység miatt. Ez a tanulmány a vákuumos megfogók, az egyedi mandzsetták és a fagyasztott megfogó rendszerek hatékonyságát vizsgálja kontrollált megmunkálási kísérletek során. A CMM (Mitutoyo CMM-504) mérőgép segítségével végzett felületeltérés-mérések azt mutatták, hogy a vákuumos megfogás 62% ± 3%-kal csökkentette a torzulást a mechanikus megfogókhoz képest. A hőkamerás vizsgálat (FLIR T540) megerősítette, hogy a fagyasztott megfogás a munkadarab hőmérsékletét ±2 °C-on belül tartotta a környezeti hőmérséklet közelében. Az eredmények azt mutatják, hogy a megfogó merevsége és a hőkezelés a torzulás kontrollálásának elsődleges tényezői. A megvalósítás során a költségeket és a komplexitást a pontossági igényekhez kell igazítani.

1 Bevezetés

Vékonyfalú alumínium alkatrészek (<1 mm falvastagság) könnyűsúlyú repülőgép- és orvostechnikai alkalmazásokat tesznek lehetővé, azonban a megmunkálás során bekövetkező torzulás miatt a kibocsátási rátájuk meghaladja a 40%-ot (Aerospace Manufacturing, 2023). A hagyományos tokok olyan helyi feszültségeket keltenek, amelyek meghaladják az alumínium 48 MPa-es folyáshatárát, miközben a termikus ciklusok méretbeli instabilitást okoznak. Ez a tanulmány egy döntési keretrendszert dolgozott ki a munkadarab befogás kiválasztásához a mechanikai, termikus és gazdasági változók mennyiségi elemzése alapján.

2 Módszertan

2.1 Kísérleti terv

6061-T6 alumínium csöveket teszteltek (Ø50 mm × 0,8 mm falvastagság):

• Vakuumrendszer: Schmalz ECM 8.0 (80 kPa befogó erő)

• Fagyasztó befogás: -196 °C LN2 kriogén befogás

• Mandzsetta rendszer: Egyedi epoxigyanta-bazalt expandálható mandzsetta
  Kontrollcsoport standard 3-szoros tokkal dolgozott.

2.2 Mérési protokoll

1. Megmunkálás előtti alapvonal mérés (Zeiss COMET L3D)

2. Felületmegmunkálás 12 000 RPM-nél (0,2 mm DOC)

3. Megmunkálás utáni eltérés térképezése:

   • CMM: 25 pontos rács 10 mm²-ként

   • Hőmérsékletfüggő elmozdulás: IR-termográfia 5 másodperces intervallumokban

3 Eredmények és elemzés

3.1 Torzulás mértéke

1. táblázat: Felületi eltérés (μm)

3.2 Hőteljesítmény

A fagyasztó rögzítés optimális -0,5°C-tól +1,8°C-ig terjedő ΔT értéket tartott fenn, míg a mechanikus rögzítőeszközök 12-15°C-os gradiens értékeket okoztak (1. ábra). A vákuumrendszerek elhanyagolható hőhatást mutattak, de 20 perc beállítási időt igényeltek.

1. ábra: Hőeloszlás megmunkálás közben

4 Megbeszélés

A vákuumrendszerek jobban teljesítettek a torzulásszabályozásban, de korlátokat is mutattak:

1. A felületi pórusosság (>Ra 1,6μm) csökkentette a rögzítőerőt 25-40%-kal

2. Nem síkgeometriák egyedi tömítéseket igényeltek ($800-$2500 eszközölési költség)
   A kriogén rögzítés megszüntette a mechanikai feszültséget, de $18/óra LN2 fogyasztással járt. A mandzsetták optimális hozzáférést biztosítottak a belső elemekhez, de 0,03 mm pozícióeltolódást mutattak hosszabb üzemidő alatt.

5 Következtetés

Vékonyfalú alumínium esetén:

• A vákuumos munkadarabrögzítés kiváló pontosságot nyújt nagy sorozatú sík alkatrészekhez

• A kriogén rendszerek összetett geometriákhoz alkalmasak szigorú TIR-követelmények mellett

• A betétek optimalizálják a mélyüregű megmunkálást, ahol a termikus stabilitás másodlagos
  A jövő kutatásainak vizsgálniuk kell hibrid piezoelektromos-vezérelt rendszereket adaptív befogó erő modulációhoz