Distorsiyona Neden Olmadan İnce Duvarlı Alüminyum İçin İş Tutma Nasıl Seçilir

Yazar: PFT, Shenzhen

İnce cidarlı alüminyum işlenmesi, düşük malzeme rijitliği ve termal duyarlılığı nedeniyle önemli distorsiyon sorunları yaratır. Bu çalışma, vakumlu mengeneleri, özel mandrelleri ve dondurma sıkma sistemlerini kontrollü işleme deneyleri yoluyla değerlendirir. CMM (Mitutoyo CMM-504) kullanılarak yapılan yüzey sapma ölçümleri, vakumlu sıkma yönteminin mekanik sabitleme yöntemlerine kıyasla distorsiyonu %62 ± %3 oranında azalttığını göstermiştir. Termal görüntüleme (FLIR T540) ile dondurma sıkma yönteminin parçanın sıcaklığını ortam sıcaklığının ±2°C aralığında sabit tuttuğu doğrulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, distorsiyon kontrolü açısından sabitleme rijitliği ve termal yönetimin temel faktörler olduğunu göstermektedir. Uygulama aşamasında maliyet ve karmaşıklığın hassasiyet gereksinimleriyle dengelenmesi gerekmektedir.

1 giriş

İnce duvarlı alüminyum bileşenler (<1 mm duvar kalınlığı) hafif havacılık ve tıp uygulamalarına olanak sağlar ancak işlenirken %40’tan fazla hurdaya çıkar (Aerospace Manufacturing, 2023). Geleneksel mengeneler, alüminyumun 48 MPa akma sınırını aşan lokal gerilmeler oluştururken, termal çevrimler de boyutsal kararsızlığa neden olur. Bu çalışma, mekanik, termal ve ekonomik değişkenlerin nicel analizi yoluyla iş tutma seçimi için bir karar çerçevesi oluşturur.

2 Yöntem

2.1 Deneysel Tasarım

6061-T6 alüminyum tüpleri (Ø50mm × 0,8mm duvar) şu şekilde test ettik:

• Boşluk Sistemi: Schmalz ECM 8.0 (80kPa tutma kuvveti)

• Dondurma fikstürü: -196°C LN2 kriyojenik sıkma

• Mandrel sistemi: Özel epoksi-granit esnek mil
  Kontrol grubu standart 3 çeneli mengene kullandı.

2.2 Ölçüm Protokolü

1. İşleme öncesi temel tarama (Zeiss COMET L3D)

2. 12.000 RPM'de yüzey frezeleme (0,2 mm DOC)

3. İşleme sonrası sapma haritalaması:

   • KMM: 10 mm² başına 25 noktalı ızgara

   • Termal kayma: 5 saniyede bir IR termografi

3 Sonuçlar ve Analiz

3.1 Distorsiyon Büyüklüğü

Tablo 1: Yüzey sapması (μm)

3.2 Isıl Performans

Donma sıkma sistemi optimal -0,5°C ile +1,8°C ΔT aralığını korurken, mekanik sabitlemeler 12-15°C gradyanlara neden oldu (Şek.1). Vakum sistemlerinin ısıl etkisi ihmal edilebilir düzeydeydi ancak kurulum için 20 dakikalık süre gerekiyordu.

Şekil 1: İşleme sırasında termal dağılım

4 Tartışma

Vakum sistemleri distorsiyon kontrolünde diğer alternatiflerin önüne geçti ancak bazı sınırlamalar gösterdi:

1. Yüzey gözenekliliği (>Ra 1,6μm), tutma kuvvetini %25-40 oranında düşürdü

2. Düz olmayan geometriler özel contalar gerektiriyordu ($800-$2.500 araç maliyeti)
   Kriyojenik sıkma mekanik stresi ortadan kaldırıyordu ancak saatte $18’lik LN2 tüketimi gerekiyordu. İç yüzey özelliklerine erişimde mandreller en iyi sonucu verdi ancak uzun süreli çalışmalarda 0,03 mm konum kaymasına maruz kaldılar.

5 Sonuç

İnce cidarlı alüminyum için:

• Vakum iş tutma sistemi yüksek hacimli düzlemsel bileşenlerde üstün hassasiyet sağladı

• Kriyojenik sistemler, sıkı TIR gereksinimlerine sahip karmaşık geometriler için uygundur

• Mandrenler, termal stabilitenin ikincil olduğu derin boşluk işlenmesini optimize eder
  Yakın gelecekteki araştırmalar, adaptif sıkma kuvveti modülasyonu için hibrit piezoelektrik-aktüte edilen sistemleri incelemelidir.