วิธีเลือกอุปกรณ์จับยึดชิ้นงานสำหรับอลูมิเนียมผนังบางโดยไม่เกิดการบิดงอ

ผู้เขียน: PFT, Shenzhen

การกลึงอลูมิเนียมผนังบางมีความท้าทายอย่างมากในเรื่องการบิดงอ เนื่องจากความแข็งแรงของวัสดุต่ำและไวต่อความร้อน การศึกษานี้ประเมินอุปกรณ์จับยึดแบบสุญญากาศ อุปกรณ์จับยึดแบบเฉพาะ และระบบจับยึดแบบเยือกแข็ง โดยทำการทดลองกลึงภายใต้สภาวะควบคุม การวัดความเบี่ยงเบนของพื้นผิวด้วยเครื่อง CMM (Mitutoyo CMM-504) แสดงให้เห็นว่าการจับยึดด้วยสุญญากาศสามารถลดการบิดงอลงได้ 62% ± 3% เมื่อเทียบกับอุปกรณ์จับยึดเชิงกล ภาพถ่ายความร้อน (FLIR T540) ยืนยันว่าการจับยึดแบบเยือกแข็งสามารถรักษาอุณหภูมิของชิ้นงานให้อยู่ในช่วง ±2°C ของอุณหภูมิสภาพแวดล้อม ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าความแข็งแรงของอุปกรณ์จับยึดและการจัดการความร้อนเป็นปัจจัยหลักในการควบคุมการบิดงอ การนำไปใช้จริงจำเป็นต้องคำนึงถึงสมดุลระหว่างต้นทุนและระดับความซับซ้อนกับความต้องการด้านความแม่นยำ

1 การนําเสนอ

ชิ้นส่วนอะลูมิเนียมแบบผนังบาง (<1 มม. ความหนาผนัง) ช่วยให้สามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมการบินและทางการแพทย์ที่ต้องการน้ำหนักเบา แต่ยังมีปัญหาของเสียสูงกว่า 40% จากการบิดงอระหว่างการกลึง (การผลิตในอุตสาหกรรมการบิน 2023) ตัวจับแบบ conventional vises สร้างแรงดันเฉพาะจุดเกินจุดยืดตัวของอะลูมิเนียมที่ 48 MPa ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิทำให้เกิดความไม่เสถียรของมิติ การศึกษานี้ได้กำหนดกรอบการตัดสินใจในการเลือกระบบจับชิ้นงานผ่านการวิเคราะห์เชิงปริมาณของตัวแปรทางกล ความร้อน และเศรษฐกิจ

2 วิธีการดำเนินการ

2.1 การออกแบบการทดลอง

ทดสอบท่ออะลูมิเนียม 6061-T6 (Ø50 มม. × 0.8 มม. ความหนาผนัง) โดยใช้:

• ระบบสุญญากาศ: Schmalz ECM 8.0 (แรงยึด 80 กิโลปาสคัล)

• อุปกรณ์จับแบบ Freeze: การยึดแบบ cryogenic ที่ -196°C โดยใช้ไนโตรเจนเหลว (LN2)

• ระบบที่ใช้ Mandrel: เพลาแบบขยายได้ที่ทำจากอีพอกซี-แกรนิตแบบพิเศษ
  กลุ่มควบคุมใช้แบบ chuck แบบ 3 ขา มาตรฐาน

2.2 ขั้นตอนการวัด

1. การสแกนพื้นฐานก่อนการกลึง (Zeiss COMET L3D)

2. การกลึงหน้าที่ 12,000 รอบต่อนาที (DOC 0.2 มม.)

3. แผนที่แสดงความเบี่ยงเบนหลังการกลึง:

   • CMM: กริด 25 จุดต่อพื้นที่ 10 มม.²

   • การลอยตัวทางอุณหภูมิ: การถ่ายภาพความร้อนด้วยคลื่นอินฟราเรดทุก 5 วินาที

3 ผลลัพธ์และการวิเคราะห์

3.1 ระดับการบิดเบือน

ตารางที่ 1: การเบี่ยงเบนของพื้นผิว (ไมครอน)

3.2 สมรรถนะความร้อน

การยึดแบบแช่แข็งสามารถรักษาอุณหภูมิที่เหมาะสมระหว่าง -0.5°C ถึง +1.8°C ΔT ได้ ในขณะที่อุปกรณ์ยึดเชิงกลทำให้เกิดความต่างของอุณหภูมิ 12-15°C (รูป.1) ระบบสุญญากาศแสดงให้เห็นถึงผลกระทบทางความร้อนที่น้อยมาก แต่ต้องใช้เวลาตั้งค่า 20 นาที

รูปที่ 1: การกระจายความร้อนในระหว่างการกลึง

4 การอภิปราย

ระบบสุญญากาศมีประสิทธิภาพเหนือกว่าทางเลือกอื่น ๆ ในการควบคุมการบิดเบือน แต่ก็มีข้อจำกัดดังนี้:

1. พื้นผิวที่มีรูพรุน (>Ra 1.6μm) ลดแรงยึดถือลง 25-40%

2. รูปทรงเรขาคณิตที่ไม่เรียบต้องใช้ซีลแบบเฉพาะ ($800-$2,500 ค่าเครื่องมือ)
   การยึดแบบ cryogenic ช่วยกำจัดความเครียดเชิงกลได้หมด แต่มีค่าใช้จ่าย $18/ชั่วโมง สำหรับการใช้ไนโตรเจนเหลว (LN2) แมนเดรลให้การเข้าถึงที่ดีที่สุดสำหรับลักษณะภายใน แต่เกิดการเคลื่อนตัวตำแหน่งที่ 0.03mm ระหว่างการทำงานต่อเนื่อง

5 สรุป

สำหรับอลูมิเนียมบางแบบมีผนังบาง

• การยึดชิ้นงานด้วยระบบสุญญากาศให้ความแม่นยำสูงกว่าสำหรับชิ้นส่วนที่เป็นพื้นผิวระนาบในปริมาณมาก

• ระบบไครโอเจนิกส์เหมาะสำหรับรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนซึ่งมีข้อกำหนดด้าน TIR ที่เข้มงวด

• แมนเดรลช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกลึงชิ้นงานที่มีโพรงลึก โดยที่ความเสถียรทางความร้อนมีความสำคัญเป็นรอง
  การวิจัยในอนาคตควรพิจารณาระบบที่ใช้แรงกระทำแบบพีซอิเล็กทริกแบบไฮบริดสำหรับการปรับแรงยึดแบบปรับตัว