Cách Chọn Thiết Bị Gá Kẹp Để Gia Công Nhôm Thành Mỏng Không Bị Biến Dạng

Tác giả: PFT, Thâm Quyến

Gia công nhôm thành mỏng gặp phải những thách thức đáng kể về biến dạng do độ cứng vật liệu thấp và nhạy cảm với nhiệt. Nghiên cứu này đánh giá các loại mâm cặp chân không, trục gá tùy chỉnh và hệ thống kẹp đông lạnh thông qua các thí nghiệm gia công kiểm soát. Đo độ lệch bề mặt bằng máy đo ba chiều (Mitutoyo CMM-504) cho thấy phương pháp kẹp chân không làm giảm biến dạng đi 62% ± 3% so với các đồ gá cơ khí. Hình ảnh nhiệt (FLIR T540) xác nhận rằng phương pháp kẹp đông lạnh giữ nhiệt độ chi tiết trong khoảng ±2°C so với nhiệt độ môi trường. Kết quả cho thấy độ cứng vững của đồ gá và quản lý nhiệt độ là hai yếu tố chính kiểm soát biến dạng. Việc áp dụng cần cân bằng giữa chi phí và độ phức tạp với yêu cầu độ chính xác.

1 giới thiệu

Các bộ phận bằng nhôm thành mỏng (<1mm độ dày thành) cho phép ứng dụng trong hàng không và y tế nhẹ hơn nhưng gặp tỷ lệ loại bỏ >40% do biến dạng trong quá trình gia công (Aerospace Manufacturing, 2023). Các ê-tô thông thường tạo ra ứng suất cục bộ vượt quá giới hạn chảy 48 MPa của nhôm, trong khi chu kỳ nhiệt độ gây ra sự không ổn định về kích thước. Nghiên cứu này thiết lập một khuôn khổ ra quyết định cho việc lựa chọn đồ gá thông qua phân tích định lượng các biến số cơ học, nhiệt và kinh tế.

2 Phương pháp luận

2.1 Thiết kế thí nghiệm

Kiểm tra các ống nhôm 6061-T6 (Ø50mm × 0.8mm thành) bằng cách sử dụng:

• Hệ thống chân không: Schmalz ECM 8.0 (lực kẹp 80kPa)

• Đồ gá đông lạnh: -196°C LN2 kẹp cryogenic

• Hệ thống trục gá (mandrel): Trục định hình bằng epoxy-granite tự mở
  Nhóm đối chứng sử dụng mâm cặp 3 chấu tiêu chuẩn.

2.2 Quy trình đo lường

1. Quét chuẩn trước gia công (Zeiss COMET L3D)

2. Phay mặt với tốc độ 12.000 RPM (0,2mm chiều sâu cắt)

3. Bản đồ độ lệch sau gia công:

   • CMM: lưới 25 điểm trên mỗi 10mm²

   • Trôi nhiệt: chụp nhiệt hồng ngoại mỗi 5 giây

3 Kết Quả và Phân Tích

3.1 Mức độ biến dạng

Bảng 1: Độ lệch bề mặt (μm)

hiệu suất nhiệt 3,2

Kẹp đông lạnh duy trì ΔT tối ưu từ -0,5°C đến +1,8°C, trong khi các loại mâm cặp cơ học gây ra độ chênh lệch nhiệt 12-15°C (Hình 1). Hệ thống chân không cho thấy ảnh hưởng nhiệt không đáng kể nhưng yêu cầu thời gian thiết lập 20 phút.

Hình 1: Phân bố nhiệt độ trong quá trình gia công

4 Thảo luận

Hệ thống chân không vượt trội hơn các phương pháp khác trong việc kiểm soát biến dạng nhưng cũng có những hạn chế:

1. Độ xốp bề mặt (>Ra 1,6μm) làm giảm lực giữ từ 25-40%

2. Các hình dạng không phẳng đòi hỏi các gioăng cao su thiết kế riêng (chi phí chế tạo $800-$2.500)
   Kẹp cryogenic loại bỏ ứng suất cơ học nhưng tiêu hao LN2 với chi phí $18/giờ. Các trục gá mang lại khả năng tiếp cận tối ưu cho các bề mặt bên trong nhưng cho thấy độ lệch vị trí 0,03mm trong các lần vận hành kéo dài.

5 Kết luận

Đối với nhôm thành mỏng:

• Hệ thống kẹp bằng chân không mang lại độ chính xác vượt trội cho các chi tiết phẳng sản lượng cao

• Hệ thống cryogenic phù hợp với các hình dạng phức tạp có yêu cầu nghiêm ngặt về TIR

• Mandrels tối ưu hóa gia công hốc sâu nơi mà độ ổn định nhiệt không phải là yếu tố hàng đầu
  Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào các hệ thống lai ghép sử dụng động cơ áp điện cho điều chỉnh lực kẹp thích ứng