Paano Pumili ng Workholding para sa Thin-Wall na Aluminum Nang Walang Distorsyon

Awtor: PFT, Shenzhen

Ang pagmamanupaktura ng thin-wall na aluminum ay may malaking hamon sa distorsyon dahil sa kawalan ng rigidity ng materyales at sensitibidad sa temperatura. Sinuri ng pag-aaral na ito ang vacuum chucks, custom mandrels, at freeze clamping systems sa pamamagitan ng kontroladong machining trials. Ang mga pagbabago sa surface deviation gamit ang CMM (Mitutoyo CMM-504) ay nagpakita na ang vacuum clamping ay binawasan ang distorsyon ng 62% ± 3% kumpara sa mechanical fixtures. Ang thermal imaging (FLIR T540) ay nagkumpirma na ang freeze clamping ay nagpanatili ng temperatura ng bahagi sa loob ng ±2°C ng ambient. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang rigidity ng fixture at pamamahala ng temperatura ay ang pangunahing mga salik sa kontrol ng distorsyon. Ang pagpapatupad ay nangangailangan ng pagbabalanse ng gastos at kumplikado laban sa mga kinakailangan sa katumpakan.

1 pagpapakilala

Ang mga bahaging aluminum na may manipis na pader (<1mm wall thickness) ay nagpapagaan sa aerospace at medical applications ngunit nagkakaroon ng higit sa 40% na rejection rates dahil sa pagkabigo habang nagmamanupaktura (Aerospace Manufacturing, 2023). Ang mga konbensional na vises ay nagbubuo ng lokal na presyon na lumalampas sa 48 MPa yield point ng aluminum, samantalang ang thermal cycling ay nagdudulot ng hindi matatag na dimensyon. Itinatag ng pag-aaral na ito ang isang balangkas sa pagpili ng workholding sa pamamagitan ng pagsusuri sa mekanikal, thermal, at pangkabuhayang mga variable.

2 Metodolohiya

2.1 Disenyo ng Eksperimento

Sinubok ang 6061-T6 aluminum tubes (Ø50mm × 0.8mm wall):

• Vacuum System: Schmalz ECM 8.0 (80kPa holding force)

• Freeze fixture: -196°C LN2 cryogenic clamping

• Mandrel system: Custom epoxy-granite expandable arbor
  Ang control group ay gumamit ng karaniwang 3-jaw chucks.

2.2 Protocolo sa Pagmamasure

1. Pre-machining baseline scan (Zeiss COMET L3D)

2. Face milling sa 12,000 RPM (0.2mm DOC)

3. Post-machining deviation mapping:

   • CMM: 25-point grid bawat 10mm²

   • Thermal drift: IR thermography tuwing 5 segundo

3 Mga Resulta at Pagsusuri

3.1 Distortion Magnitude

Talahanayan 1: Surface deviation (μm)

3.2 Thermal Performance

Napanatili ng freeze clamping ang optimal na -0.5°C hanggang +1.8°C ΔT, samantalang ang mechanical fixtures ay nagdulot ng 12-15°C gradients (Fig.1). Ang vacuum systems ay nagpakita ng negligible thermal impact ngunit nangailangan ng 20min setup time.

Figure 1: Thermal distribution during machining

4 Talakayan

Ang vacuum systems ay higit sa ibang alternatibo sa pagkontrol ng distortion ngunit may mga kahinaan:

1. Ang surface porosity (>Ra 1.6μm) ay nagbawas ng holding force ng 25-40%

2. Ang non-planar geometries ay nangailangan ng custom seals (gastos sa tooling na $800-$2,500)
   Ang cryogenic clamping ay nag-elimina ng mechanical stress ngunit nagkakahalaga ng $18/hr na LN2 consumption. Ang mandrels ay nagbigay ng pinakamahusay na accessibility para sa internal features ngunit nagpakita ng 0.03mm positional drift sa mahabang operasyon.

5 Konklusyon

Para sa thin-wall aluminum:

• Ang vacuum workholding ay nagbibigay ng higit na precision para sa high-volume planar components

• Ang mga krihogenikong sistema ay angkop sa mga komplikadong heometriya na may mahigpit na mga kinakailangan sa TIR

• Ang mga mandrel ay nag-o-optimize ng makina sa mga malalim na kabaong kung saan ang thermal stability ay pangalawa
  Ang hinaharap na pananaliksik ay dapat tuklasin ang mga hybrid na piezoelectric-actuated na sistema para sa adaptive na pagmamodulo ng puwersa ng pag-clamp.