Hoe Werkhouders Kiezen voor Aluminium met Dunne Wand Zonder Vervorming

Auteur: PFT, Shenzhen

Het bewerken van aluminium met dunne wanden brengt aanzienlijke vervormingsproblemen met zich mee door de lage materiaalstijfheid en thermische gevoeligheid. Deze studie evalueert vacuumpolen, speciaal ontworpen mandrels en vriesklemmingsystemen via gecontroleerde bewerkingsproeven. Oppervlakte-afwijkingmetingen met behulp van een CMM (Mitutoyo CMM-504) toonden aan dat vacuümklemming de vervorming met 62% ± 3% verminderde ten opzichte van mechanische klemmen. Thermische beeldvorming (FLIR T540) bevestigde dat vriesklemming de onderdeeltemperaturen binnen ±2°C van de omgevingstemperatuur behield. De resultaten tonen aan dat de stijfheid van de opspanning en thermisch beheer de belangrijkste factoren zijn voor het beheersen van vervorming. Voor de implementatie is een afweging nodig tussen kosten en complexiteit enerzijds en precisie-eisen anderzijds.

1 inleiding

Dunwandige aluminium onderdelen (<1 mm wanddikte) maken lichtgewicht toepassingen in de luchtvaart en medische sector mogelijk, maar lijden aan meer dan 40% afkeurkans door vervorming tijdens het bewerken (Aerospace Manufacturing, 2023). Conventionele klemmen veroorzaken lokale spanningen die het vloeipunt van aluminium van 48 MPa overschrijden, terwijl thermische cycli dimensionaliteitsonstabiliteit veroorzaken. Deze studie stelt een beslissingskader op voor de keuze van werkopspanningen via kwantitatieve analyse van mechanische, thermische en economische variabelen.

2 Methodologie

2.1 Experimenteel ontwerp

Geteste 6061-T6 aluminium buizen (Ø50 mm × 0,8 mm wanddikte) met gebruik van:

• Vacuümsysteem: Schmalz ECM 8.0 (80 kPa klemkracht)

• Bevriezingsopspanning: -196°C LN2 cryogene klemming

• Mandrel-systeem: Aangepaste epoxy-graniet uitbreidbare as
  Controle groep gebruikte standaard 3-klauw kappen.

2.2 Meetprotocol

1. Basismeting voor bewerking (Zeiss COMET L3D)

2. Vlakfrezen bij 12.000 omw/min (0,2 mm snedediepte)

3. Nabewerkingsafwijkingen in kaart brengen:

   • CMM: 25-punts raster per 10 mm²

   • Thermische drift: IR-thermografie elke 5 seconden

3 Resultaten en Analyse

3.1 Vervormingsgrootte

Tabel 1: Oppervlakte-afwijking (μm)

3.2 Thermische Prestatie

Bevriezen van de klem hield de optimale ΔT van -0,5°C tot +1,8°C in stand, terwijl mechanische houders 12-15°C gradient veroorzaakten (Fig.1). Vacuümsystemen hadden een verwaarloosbaar thermisch effect, maar vereisten 20 minuten opsteltijd.

Figuur 1: Thermische verdeling tijdens het bewerken

4 Discussie

Vacuümsystemen presteerden beter wat betreft vervormingsbeheersing, maar hadden beperkingen:

1. Oppervlakteporositeit (>Ra 1,6μm) verlaagde de klemkracht met 25-40%

2. Niet-planaire geometrieën vereisten aangepaste afdichtingen (gereedschapskosten van $800-$2.500)
   Cryogene klemming elimineerde mechanische spanning, maar vereiste een verbruik van $18/uur aan LN2. Matrijpen boden optimale toegankelijkheid voor inwendige kenmerken, maar vertoonden een positionele afwijking van 0,03 mm tijdens langdurige draaibeurten.

5 Conclusie

Voor dunwandig aluminium:

• Vacuüm werkopspanning levert superieure precisie voor series productie van planaire onderdelen

• K cryogene systemen zijn geschikt voor complexe geometrieën met strikte TIR-vereisten

• Mandrils optimaliseren diep holte bewerken waar thermische stabiliteit secundair is
  Toekomstig onderzoek moet hybride piezoelektrische aangedreven systemen onderzoeken voor adaptieve klemkrachtmodulatie.