Giữ phôi bằng nam châm so với khí nén cho tấm nhôm mỏng

Giữ phôi bằng nam châm so với khí nén cho tấm nhôm mỏng

Tác giả: PFT, Thâm Quyến

Tóm tắt

Gia công chính xác nhôm tấm mỏng (<3mm) phải đối mặt với những thách thức đáng kể về giữ phôi. Nghiên cứu này so sánh các hệ thống kẹp từ tính và khí nén trong điều kiện phay CNC được kiểm soát. Các thông số thử nghiệm bao gồm tính nhất quán của lực kẹp, độ ổn định nhiệt (20°C–80°C), giảm rung và biến dạng bề mặt. Mâm cặp chân không khí nén duy trì độ phẳng 0,02mm cho các tấm 0,8mm nhưng yêu cầu bề mặt bịt kín còn nguyên vẹn. Mâm cặp điện từ cho phép tiếp cận 5 trục và giảm thời gian thiết lập xuống 60%, tuy nhiên dòng điện xoáy cảm ứng gây ra hiện tượng gia nhiệt cục bộ vượt quá 45°C ở tốc độ 15.000 vòng/phút. Kết quả cho thấy hệ thống chân không tối ưu hóa độ hoàn thiện bề mặt cho các tấm >0,5mm, trong khi các giải pháp từ tính cải thiện tính linh hoạt cho quá trình tạo mẫu nhanh. Các hạn chế bao gồm các phương pháp lai chưa được kiểm tra và các giải pháp thay thế dựa trên chất kết dính.

1 Giới thiệu

Tấm nhôm mỏng cung cấp năng lượng cho các ngành công nghiệp từ hàng không vũ trụ (vỏ thân máy bay) đến điện tử (chế tạo tản nhiệt). Tuy nhiên, các khảo sát ngành năm 2025 cho thấy 42% lỗi chính xác bắt nguồn từ chuyển động của phôi trong quá trình gia công. Kẹp cơ học thông thường thường làm biến dạng các tấm nhôm mỏng dưới 1mm, trong khi các phương pháp dùng băng keo lại thiếu độ cứng. Nghiên cứu này định lượng hai giải pháp tiên tiến: mâm cặp điện từ tận dụng công nghệ kiểm soát từ dư và hệ thống khí nén với điều khiển chân không đa vùng.

2 Phương pháp luận

2.1 Thiết kế thử nghiệm

• Vật liệu: Tấm nhôm 6061-T6 (0,5mm/0,8mm/1,2mm)

• Thiết bị:

  • Từ tính: Mâm cặp điện từ 4 trục GROB (cường độ trường 0,8T)

  • Khí nén: Tấm chân không SCHUNK với ống phân phối 36 vùng

• Kiểm tra: Độ phẳng bề mặt (giao thoa kế laser), hình ảnh nhiệt (FLIR T540), phân tích độ rung (máy đo gia tốc 3 trục)

2.2 Giao thức thử nghiệm

1. Độ ổn định tĩnh: Đo độ võng dưới lực ngang 5N

2. Chu kỳ nhiệt: Ghi lại các mức nhiệt độ trong quá trình phay khe (máy phay đầu Ø6mm, 12.000 vòng/phút)

3. Độ cứng động: Định lượng biên độ rung động ở tần số cộng hưởng (500–3000 Hz)

3 Kết quả và Phân tích

3.1 Hiệu suất kẹp

Hình 1: Hệ thống chân không duy trì sự thay đổi bề mặt <5μm trong quá trình phay mặt, trong khi kẹp từ tính cho thấy độ nâng cạnh là 0,12mm do giãn nở nhiệt.

3.2 Đặc điểm rung động

Mâm cặp khí nén làm giảm sóng hài 15dB ở tần số 2.200Hz – yếu tố quan trọng đối với các hoạt động hoàn thiện tinh xảo. Lực kẹp từ tính thể hiện biên độ cao hơn 40% ở tần số tiếp xúc dụng cụ.

4 Thảo luận

4.1 Sự đánh đổi về công nghệ

• Ưu điểm của khí nén: Độ ổn định nhiệt và giảm rung vượt trội phù hợp với các ứng dụng có dung sai cao như đế linh kiện quang học.

• Magnetic Edge: Khả năng cấu hình lại nhanh chóng hỗ trợ môi trường xưởng gia công xử lý nhiều kích cỡ lô hàng khác nhau.

Hạn chế: Các thử nghiệm không bao gồm các tấm có lỗ hoặc có dầu, nơi hiệu suất chân không giảm >70%. Các giải pháp kết hợp cần được nghiên cứu trong tương lai.

5 Kết luận

Đối với gia công tấm nhôm mỏng:

1. Hệ thống giữ bằng khí nén mang lại độ chính xác cao hơn cho độ dày >0,5mm với bề mặt không bị ảnh hưởng

2. Hệ thống từ tính giảm thời gian không cắt xuống 60% nhưng cần có chiến lược làm mát để quản lý nhiệt

3. Lựa chọn tối ưu phụ thuộc vào nhu cầu thông lượng so với yêu cầu dung sai

Các nghiên cứu trong tương lai nên khám phá các kẹp lai thích ứng và thiết kế nam châm điện ít nhiễu.