Kaip pasirinkti darbo tvirtinimą plonųjų sienų aliuminiui be iškraipymų

Author: PFT, Šenzhen

Plonųjų sienų aliuminio apdirbimas kelia reikšmingų iškraipymų problemų dėl mažos medžiagos standumo ir šiluminės jautrumo. Ši studija vertina vakuuminius stalus, specialius mandrelus ir šalčio tvirtinimo sistemas, atlikdama kontroliuojamus apdirbimo bandymus. Paviršiaus nukrypimų matavimai naudojant CMM (Mitutoyo CMM-504) parodė, kad vakuminis tvirtinimas sumažino iškraipymus 62 % ± 3 % lyginant su mechaniniais tvirtinimo įrenginiais. Šiluminės vaizdo kamerų (FLIR T540) nustatymai patvirtino, kad šalčio tvirtinimas išlaikė dalių temperatūrą ±2 °C nuo aplinkos temperatūros. Rezultatai parodė, kad tvirtinimo standumas ir šiluminės valdymo sistemos yra pagrindiniai iškraipymų valdymo veiksniai. Vykdančiojo reikia sverti kainą ir sudėtingumą pagal tikslumo reikalavimus.

1 Įvadas

Plonasienės aliuminio detalės (<1 mm sienelės storis) leidžia lengvai naudoti jas aviacijoje ir medicinoje, tačiau apie 40 % atmetimo rodiklius sukelia deformacijos, atsirandančios apdirbant (Aerospace Manufacturing, 2023). Konvenciniai stalai sukelia vietinius įtempimus, viršijančius aliuminio 48 MPa takumo ribą, o terminis ciklininkas sukelia matmenų nestabilumą. Šiame tyrime pateikiamas sprendimų priėmimo rėmas, skirtas pasirinkti tinkamą tvirtinimo būdą, atsižvelgiant į mechaninius, terminius ir ekonominius kintamuosius.

2 Metodika

2.1 Eksperimento planavimas

Buvo išbandyti 6061-T6 aliuminio vamzdžiai (Ø50 mm × 0,8 mm sienelės storis), naudojant:

• Vakuumo sistema: Schmalz ECM 8.0 (80 kPa laikymo jėga)

• Šalčio tvirtinimo sistema: -196 °C LN2 kriogeninis tvirtinimas

• Mandrel sistema: Speciali išsiplėtusios epoksidinės uolienos velenas
  Kontrolinė grupė naudojo standartinius 3 čiuptuvų stalus.

2.2 Matavimo metodika

1. Pradinis apdirbimo laikas (Zeiss COMET L3D)

2. Apdirbimas veidu 12 000 sūk./min. (0,2 mm pjūvio gylis)

3. Apdirbimo po nuokrypių žemėlapis:

   • KMM: 25 taškų tinklelis kas 10 mm²

   • Šiluminis poslinkis: infraraudonųjų spindulių termografija kas 5 sekundes

3 Rezultatai ir analizė

3.1 Iškraipymo dydis

Lentelė 1: Paviršiaus nuokrypis (μm)

3.2 Thermal Performance

Laisvasis įtempimas išlaikė optimalų -0,5°C iki +1,8°C ΔT, tuo tarpu mechaniniai įtaisai sukėlė 12–15°C gradientus (1 pav.). Vakuuminės sistemos parodė nežymų terminį poveikį, tačiau reikalavo 20 min. paruošimo laiko.

1 pav.: Terminis pasisklaidymas apdirbant

4 Aptarimas

Vakuuminės sistemos geriau susidorojo su iškrypimų valdymu, tačiau turėjo apribojimų:

1. Paviršinė poringa struktūra (>Ra 1,6 μm) sumažino laikančiąją jėgą 25–40 %

2. Netiesiniai geometriniai formatai reikalavo individualių sandariklių (įrankių kaina – nuo 800 iki 2500 USD)
   Kriogeninis įtempimas pašalino mechaninį įtampą, tačiau sunaudojo 18 USD/val LN2. Mandrelai užtikrino geriausią prieigą prie vidinių savybių, tačiau ilgalaikėje veikoje pastebėjo 0,03 mm padėties nuokrypį.

5 Išvados

Plonų sienų aliuminiui:

• Vakuumo pavaros užtikrina puikią tikslumą didelės apimties plokščiems komponentams

• Kriogeninės sistemos tinka sudėtingoms geometrijoms, kai yra griežti TIR reikalavimai

• Mandreliai optimizuoja gilios ertmės apdirbimą, kai terminė stabilumo svarba yra antraeilė
  Būsima mokslinė medžiaga turėtų ištirti hibridines piezoelektrines valdomas sistemas adaptacinei pavaros jėgos moduliacijai