Cum să alegi sistemul de fixare pentru aluminiu cu pereți subțiri fără deformare

Autor: PFT, Shenzhen

Prelucrarea aluminiului cu pereți subțiri prezintă provocări majore de deformare datorită rigidității reduse a materialului și sensibilității termice. Această lucrare evaluează capacele cu vid, mandrinele personalizate și sistemele de fixare prin înghețare în cadrul unor teste controlate de prelucrare. Măsurătorile de abatere ale suprafeței realizate cu CMM (Mitutoyo CMM-504) au arătat că fixarea cu vid reduce deformarea cu 62% ± 3% comparativ cu fixturile mecanice. Imagistica termică (FLIR T540) a confirmat că fixarea prin înghețare menține temperatura pieselor în limitele ±2°C față de temperatura ambiantă. Rezultatele demonstrează că rigiditatea fixturii și gestionarea termică sunt factorii principali în controlul deformării. Implementarea presupune echilibrarea costurilor și complexității în raport cu cerințele de precizie.

1 Introducere

Componente din aluminiu cu pereți subțiri (<1mm grosime) permit reducerea greutății în aplicații aeronautice și medicale, dar suferă un procentaj de respingere de >40% din cauza deformărilor în timpul prelucrării mecanice (Aerospace Manufacturing, 2023). Menghinele convenționale generează eforturi locale care depășesc limita de curgere a aluminiului de 48 MPa, iar ciclurile termice determină instabilitate dimensională. Acest studiu stabilește un cadru decizional pentru alegerea sistemului de fixare prin analiza cantitativă a variabilelor mecanice, termice și economice.

2 Metodologie

2.1 Designul experimental

Țevi din aluminiu 6061-T6 testate (Ø50mm × 0,8mm perete):

• Sistem de vacum: Schmalz ECM 8.0 (forță de fixare 80kPa)

• Sistem de fixare cu îngheț: -196°C prindere criogenică cu LN2

• Sistem mandrin: Arbore special din granit-epoxy expandabil
  Grup de control a utilizat menghine standard cu 3 bacuri.

2.2 Protocol de măsurare

1. Scanare inițială înainte de prelucrare (Zeiss COMET L3D)

2. Frezare frontală la 12.000 RPM (0,2 mm DOC)

3. Cartografierea abaterilor după prelucrare:

   • MMS: rețea de 25 de puncte pe 10 mm²

   • Derivă termică: termografie IR la intervale de 5 s

3 Rezultate și Analiză

3.1 Mărimea Deformării

Tabelul 1: Abaterea suprafeței (μm)

3.2 Performanță termică

Fixarea criogenică a menținut o diferență de temperatură optimă între -0,5°C și +1,8°C ΔT, în timp ce fixturile mecanice au indus gradienți de 12-15°C (Fig.1). Sistemele de vacuum au avut un impact termic neglijabil, dar au necesitat un timp de instalare de 20 minute.

Figura 1: Distribuția termică în timpul prelucrării

4 Discuții

Sistemele de vacuum au depășit alternativele în controlul distorsiunilor, dar au avut limitări:

1. Porozitatea superficială (>Ra 1.6μm) a redus forța de fixare cu 25-40%

2. Geometriile neplanare au necesitat garnituri personalizate (cost de scule de 800-2.500 USD)
   Fixarea criogenică a eliminat stresul mecanic, dar a consumat 18 USD/oră pentru lichid azotic (LN2). Mandrinele au oferit o accesibilitate optimă pentru caracteristici interne, dar au prezentat o abatere pozițională de 0,03 mm în timpul funcționării prelungite.

5 Concluzie

Pentru aluminiu cu pereți subțiri:

• Sistemele de fixare cu vacuum oferă o precizie superioară pentru componente planare în producție de serie

• Sistemele criogenice sunt potrivite pentru geometrii complexe cu cerințe stricte privind coaxialitatea

• Mandrins-urile optimizează prelucrarea în cavitați adânci unde stabilitatea termică este secundară
  Cercetările viitoare ar trebui să investigheze sistemele hibride acționate piezoelectric pentru modularea forței adaptative de strângere