Cara Memilih Workholding untuk Aluminium Dinding-Nipis Tanpa Penyimpangan

Penulis: PFT, Shenzhen

Pemesinan aluminium dinding nipis membentuk cabaran penyimpangan yang ketara disebabkan oleh kekakuan bahan yang rendah dan sensitiviti terma. Kajian ini menilai penggunaan rahang vakum, mandrel suai dan sistem pengapit beku melalui ujian pemesinan terkawal. Pengukuran penyimpangan permukaan dengan menggunakan CMM (Mitutoyo CMM-504) menunjukkan pengapitan vakum berjaya mengurangkan penyimpangan sebanyak 62% ± 3% berbanding pengapit mekanikal. Pengimejan termal (FLIR T540) turut mengesahkan sistem pengapit beku berupaya mengekalkan suhu komponen dalam julat ±2°C daripada suhu persekitaran. Keputusan kajian ini menunjukkan kekakuan alat pengapit dan pengurusan haba merupakan faktor utama dalam mengawal penyimpangan. Pelaksanaannya perlu menyeimbangkan kos dan kekompleksan sistem berbanding keperluan ketepatan yang diperlukan.

1 pengenalan

Komponen aluminium dinding nipis (<1mm ketebalan dinding) membolehkan aplikasi dalam aerospace dan perubatan yang ringan tetapi mengalami kadar penolakan >40% akibat berlakunya rintangan semasa proses pemesinan (Aerospace Manufacturing, 2023). Penjepit konvensional menghasilkan tekanan setempat yang melebihi had alah aluminium pada 48 MPa, manakala kitaran haba menyebabkan ketidaktetapan dimensi. Kajian ini menubuhkan kerangka keputusan untuk pemilihan workholding melalui analisis kuantitatif pemboleh ubah mekanikal, terma, dan ekonomi.

2 Kaedah

2.1 Reka Bentuk Eksperimen

Tiub aluminium 6061-T6 diuji (Ø50mm × 0.8mm dinding)

• Sistem Vakuum: Schmalz ECM 8.0 (80kPa daya penjepitan)

• Fixtur sejuk beku: -196°C LN2 pengapitan kriogenik

• Sistem landas dalam: Landas khusus berasaskan epoxy-granit yang boleh mengembang
  Kumpulan kawalan menggunakan rahang 3 piawai.

2.2 Protokol Pengukuran

1. Imbasan asas sebelum pemesinan (Zeiss COMET L3D)

2. Penyikisan muka pada 12,000 RPM (0.2mm DOC)

3. Pemetaan sisihan selepas pemesinan:

   • CMM: 25 titik grid setiap 10mm²

   • Hanyutan haba: Termodera inframerah setiap 5 saat

3 Keputusan dan Analisis

3.1 Magnitud Penyimpangan

Jadual 1: Sisihan permukaan (μm)

3.2 Prestasi Terma

Pengapitan beku mengekalkan julat optimum -0.5°C hingga +1.8°C ΔT, manakala sesen mekanikal menghasilkan kecerunan 12-15°C (Rajah 1). Sistem vakum menunjukkan kesan terma yang boleh diabaikan tetapi memerlukan masa persediaan 20 minit.

Rajah 1: Taburan haba semasa pemesinan

4 Perbincangan

Sistem vakum mengatasi alternatif dalam kawalan penyimpangan tetapi menunjukkan beberapa kekurangan:

1. Keporosan permukaan (>Ra 1.6μm) mengurangkan daya pegangan sebanyak 25-40%

2. Geometri bukan satah memerlukan segel khusus (kos perkakas $800-$2,500)
   Pengapitan kriogenik menghilangkan tegasan mekanikal tetapi memerlukan penggunaan LN2 sebanyak $18/jam. Mandrel memberikan kebolehcapaian optimum untuk ciri dalaman tetapi menunjukkan anjakan kedudukan 0.03mm semasa operasi berpanjangan.

5 Kesimpulan

Untuk aluminium dinding nipis:

• Kerja pegangan vakum memberikan ketepatan unggul untuk komponen satah berkeluaran tinggi

• Sistem kriogenik sesuai untuk geometri kompleks dengan keperluan TIR yang ketat

• Mandrel mengoptimumkan pemesinan rongga dalam di mana kestabilan terma adalah sekunder
  Kajian pada masa depan perlu menyiasat sistem hibrida piezoelektrik-beraktuator untuk modulasi daya pengapit adaptif