Hvordan velge verktøyinnspenning for tynnvegget aluminium uten deformasjon

Forfatter: PFT, Shenzhen

Saging av tynnveggsaluminium medfører betydelige utfordringer med forvrengning på grunn av lav materialeskiver og varmefølsomhet. Denne studien evaluerer vakuumspenn, spesialtilpassede former og frysingsinnspenningssystemer gjennom kontrollerte sagingstester. Måling av overflater avvik ved bruk av CMM (Mitutoyo CMM-504) viste at vakuuminnspenning reduserte forvrengningen med 62 % ± 3 % sammenlignet med mekaniske tilspenninger. Termisk avbildning (FLIR T540) bekreftet at frysingsinnspenning opprettholdt deltemperaturene innenfor ±2 °C av omgivelsestemperatur. Resultatene viser at skjærfesthet og varmemanagement er de viktigste faktorene for kontroll av forvrengning. Implementering krever en avveining mellom kostnad og kompleksitet opp mot presisjonskrav.

1 Innføring

Komponenter i tynnveggsaluminium (<1 mm veggtykkelse) muliggjør lettvikende løsninger innen luftfart og medisin, men lider av over 40 % avvisningsrater på grunn av deformasjon under bearbeiding (Aerospace Manufacturing, 2023). Konvensjonelle spenneinnretninger genererer lokale spenninger som overstiger aluminiums flytepunkt på 48 MPa, mens termisk syklus skaper dimensjonell ustabiltet. Denne studien etablerer en beslutningsramme for valg av arbeidsinnspent gjennom kvantitativ analyse av mekaniske, termiske og økonomiske variabler.

2 Metodikk

2.1 Eksperimentell design

Testet 6061-T6 aluminiumsrør (Ø50 mm × 0,8 mm vegg) ved bruk av:

• Vakuum System: Schmalz ECM 8.0 (80 kPa spennkraft)

• Frosset innspenning: -196 °C LN2 kryogen spenning

• Mandrellsystem: Tilpasset epoksy-granitt utvidbar aksling
  Kontrollgruppen brukte standard 3-fangtenger.

2.2 Måleprotokoll

1. Baseline-scanning før bearbeiding (Zeiss COMET L3D)

2. Fremkantfresemaskine ved 12.000 omdr. (0,2 mm dybde af skæring)

3. Afbildning af afvigelse efter bearbejdning:

   • KMK: 25-punkts gitter pr. 10 mm²

   • Termisk drift: IR-termografi med 5 sek. intervaller

3 Resultater og Analyse

3.1 Forvrængningsstørrelse

Tabel 1: Overfladeafvigelse (μm)

3,2 Termisk ytelse

Frostspenning opprettholdt optimal -0,5°C til +1,8°C ΔT, mens mekaniske fester førte til 12-15°C gradienter (fig. 1). Vakuum-systemer viste forsvinnende termisk påvirkning, men trengte 20 minutters oppsettetid.

Figur 1: Termisk fordeling under bearbeiding

4 Drøfting

Vakuum-systemer overgikk alternativer i kontroll av deformasjon, men viste begrensninger:

1. Overflateporøsitet (>Ra 1,6μm) reduserte holdekraften med 25-40%

2. Ikke-planære geometrier trengte tilpassede tetninger ($800-$2 500 verktøyskostnad)
   Kryogene spenninger eliminerte mekanisk stress, men førte til $18/times forbruk av LN2. Formeringslegemer ga optimal tilgjengelighet for indre detaljer, men viste 0,03 mm posisjonsdrift under lange kjøringer.

5 Konklusjon

For tynnveggsaluminium:

• Vakuum-spenningsløsning gir overlegen presisjon for høyvolums planære komponenter

• Kryogene systemer egner seg for komplekse geometrier med strenge krav til TIR

• Sentrumspindler optimaliserer dyptområde-behandling der termisk stabilitet er sekundær
  Framtidens forskning bør undersøke hybride piezoelektrisk-drevne systemer for adaptiv kraftmodulering av spennekraft