Како да изаберете систем за фиксирање при раду са алуминијумом танког зида без изобличења

Аутор: PFT, Shenzhen

Обрада алуминијума са танким зидовима представља значајне изазове у погледу изобличења услед мале чврстоће материјала и осетљивости на топлоту. Ова студија испитује системе за фиксирање помоћу вакуума, специјалне оправе и замрзавања, кроз контролисане тестове обраде. Мерења одступања површине коришћењем CMM (Mitutoyo CMM-504) показала су да вакуумско фиксирање смањује изобличења за 62% ± 3% у односу на механичке прихвате. Термално тестирање (FLIR T540) је потврдило да фиксирање замрзавањем одржава температуру делова у оквиру ±2°C у односу на амбијент. Резултати показују да чврстоћа прихвата и управљање топлотом представљају примарне факторе у контроли изобличења. Примена захтева балансирање трошкова и комплексности у односу на захтеве за прецизност.

1 Uvod

Компоненте од алуминијума са танким зидовима (<1mm дебљине зида) омогућавају лаган дизајн за аерокосмичке и медицинске примене, али имају преко 40% стопе одбацивања услед деформација током обраде (Aerospace Manufacturing, 2023). Конвенционални стезни уређаји стварају локални напон који премашује границу еластичности алуминијума од 48 MPa, док термички циклуси изазивају димензионалну нестабилност. Ова студија представља оквир за одлуку о избору уређаја за упућивање радног комада кроз квантитативну анализу механичких, термичких и економских варијабли.

2 Методологија

2.1 Експериментални дизајн

Тестирали смо цеви од алуминијума 6061-T6 (Ø50mm × 0.8mm зид) коришћењем:

• Вакуум систем: Schmalz ECM 8.0 (80kPa сила стезања)

• Систем фиксирања замрзавањем: -196°C LN2 криогено стезање

• Систем мандрела: Прилагођени епокси-гранитни проширујући арбор
  Контролна група је користила стандардне стезне ченка са три рада.

2.2 Протокол мерења

1. Скенер базног нивоа пре обраде (Zeiss COMET L3D)

2. Фрезирање лица на 12.000 ОБР (0,2mm DOC)

3. Мапирање одступања након обраде:

   • КММ: 25 тачака мреже по 10mm²

   • Топлотно одступање: ИR термографија на 5сек интервал

3 Резултати и анализа

3.1 Величина искривљења

Табела 1: Одступање површине (μm)

3.2 Термички капацитет

Клима-финоси су одржавали оптималну температуру од -0,5°C до +1,8°C ΔT, док су механички фиксни делови изазивали температурне градијенте од 12-15°C (Сл.1). Вакуумски системи су показали занемарљив термички утицај, али су захтевали 20 минута за припрему.

Слика 1: Расподела температуре током обраде

4 Rasprava

Вакуумски системи су показали боље перформансе од алтернатива у контроли деформација, али су имали следеће недостатке:

1. Површинска порозност (>Ra 1.6μm) смањила је силу фиксирања за 25-40%

2. Непланарне геометрије су захтевале специјалне запушаче (трошкови алата $800-$2,500)
   Криогено фиксирање је елиминисало механичка напрезања, али је захтевало потрошњу течног азота по цени од $18/сат. Мандрили су обезбедили најбољи приступ за унутрашње карактеристике, али су показали померање позиције од 0.03mm током дужих радних циклуса.

5 Zaključak

За алуминијумске делове са танким зидовима:

• Вакуумско фиксирање објекта обезбеђује већу прецизност за серијску производњу планарних компоненти

• Kriogeni sistemi pogodni za kompleksne geometrije sa strogo ograničenim zahtevima za TIR

• Mandrel-i optimizuju obradu dubokih šupljina gde je termalna stabilnost sekundarna
  Buduća istraživanja treba da ispitaju hibridne sisteme sa piezoelektričnim pogonom za adaptivnu regulaciju sile stezanja