Як вибрати пристрій для кріплення тонкостінного алюмінію без деформації

Автор: PFT, Шеньчжень

Обробка тонкостінного алюмінію викликає значні труднощі, пов'язані з деформаціями через низьку жорсткість матеріалу і його чутливість до температури. У цьому дослідженні оцінювалися вакуумні патрони, спеціальні оправки та системи кріплення з використанням заморожування за допомогою контрольованих випробувань при обробці. Вимірювання відхилень поверхні за допомогою КВМ (координатно-вимірювальна машина Mitutoyo CMM-504) показали, що вакуумне кріплення зменшує деформацію на 62% ± 3% порівняно з механічними пристосуваннями. Теплові знімки (тепловізор FLIR T540) підтвердили, що кріплення з використанням заморожування зберігає температуру деталі в межах ±2 °C від навколишньої. Результати демонструють, що жорсткість пристосування і керування температурним режимом є основними факторами контролю деформації. Для реалізації необхідно зважити вартість і складність проти вимог до точності.

1 Вступ

Тонкостінні алюмінієві компоненти (<1 мм товщина стінки) дозволяють зменшити вагу в авіаційній та медичній галузях, але призводять до більш ніж 40% відсотків браку через деформації під час обробки (Aerospace Manufacturing, 2023). Традиційні лещата створюють локальні напруження, що перевищують межу текучості алюмінію 48 МПа, а термічні цикли призводять до розмірної нестабільності. У цьому дослідженні запропоновано методологію вибору затискних пристроїв на основі кількісного аналізу механічних, термальних та економічних параметрів.

2 Методологія

2.1 Експериментальний дизайн

Випробування трубок з алюмінієвого сплаву 6061-T6 (Ø50 мм × 0,8 мм стінка) здійснювали за допомогою:

• Вакуумна система: Schmalz ECM 8.0 (80 кПа тримальне зусилля)

• Кріофікстура: -196°C рідкий азот (LN2) для кріогенного затиску

• Оправка: Композитна оправка на основі епоксидної смоли та граніту
  Контрольна група використовувала стандартні трикупчасті патрони.

2.2 Протокол вимірювань

1. Попереднє базове сканування (Zeiss COMET L3D)

2. Фрезерування торця при 12 000 об/хв (глибина різу 0,2 мм)

3. Карта відхилень після обробки:

   • ВКМ: 25 точок сітки на 10 мм²

   • Теплове деформування: інфрачерв'яна термографія з інтервалом 5 с

3 Результати та Аналіз

3.1 Величина деформації

Таблиця 1: Відхилення поверхні (мкм)

термічна стійкість 3.2

Кріплення заморожуванням забезпечило оптимальну різницю температур від -0,5°C до +1,8°C, тоді як механічні пристрої створювали градієнти температури 12-15°C (рис. 1). Вакуумні системи мали незначний тепловий вплив, але потребували 20 хвилин на налаштування.

Рисунок 1: Розподіл температури під час обробки

4 Обговорення

Вакуумні системи показали кращі результати у контролі деформації, але мали обмеження:

1. Пористість поверхні (>Ra 1,6 мкм) зменшувала силу затиску на 25-40%

2. Для неплощинних геометрій потрібні спеціальні ущільнення (вартість оснастки $800-$2,500)
   Кріогенне кріплення усунуло механічні напруження, але потребувало витрат $18/год на рідкий азот. Оправки забезпечили оптимальний доступ до внутрішніх елементів, але демонстрували зсув позиції на 0,03 мм під час тривалої роботи.

5 Висновок

Для тонкостінного алюмінію:

• Вакуумне затискаюче пристосування забезпечує високу точність для плоских компонентів у масовому виробництві

• Кріогенні системи підходять для складних геометричних форм із суворими вимогами до торцевого биття

• Оправки забезпечують оптимальне оброблення глибоких порожнин, де стабільність температури має другорядне значення
  Майбутні дослідження мають передбачати вивчення гібридних систем з п'єзоелектричним приводом для модуляції адаптивної сили затиску