Magnetische versus pneumatische werkstukopspanning voor dunne aluminiumplaten

Magnetische versus pneumatische werkstukopspanning voor dunne aluminiumplaten

Auteur: PFT, Shenzhen

Abstract

Precisiebewerking van dunne aluminiumplaten (<3 mm) kent aanzienlijke uitdagingen op het gebied van werkstukopspanning. Deze studie vergelijkt magnetische en pneumatische klemsystemen onder gecontroleerde CNC-freesomstandigheden. Testparameters omvatten consistente klemkracht, thermische stabiliteit (20°C–80°C), trillingsdemping en oppervlaktevervorming. Pneumatische vacuümklauwplaten handhaafden een vlakheid van 0,02 mm voor platen van 0,8 mm, maar vereisten intacte afdichtingsvlakken. Elektromagnetische klauwplaten maakten 5-assige toegang mogelijk en verkortten de insteltijd met 60%, maar veroorzaakten geïnduceerde wervelstromen lokale verhitting van meer dan 45°C bij 15.000 tpm. De resultaten geven aan dat vacuümsystemen de oppervlakteafwerking optimaliseren voor platen >0,5 mm, terwijl magnetische oplossingen de flexibiliteit voor rapid prototyping verbeteren. Beperkingen zijn onder meer niet-geteste hybride benaderingen en alternatieven op basis van lijm.

1 Inleiding

Dunne aluminiumplaten worden gebruikt in industrieën van de lucht- en ruimtevaart (rompbekleding) tot elektronica (fabricage van koellichamen). Toch blijkt uit industriële onderzoeken uit 2025 dat 42% van de precisiefouten voortkomt uit de beweging van het werkstuk tijdens de bewerking. Conventionele mechanische klemmen vervormen vaak platen van minder dan 1 mm, terwijl tapegebaseerde methoden een gebrek aan stijfheid hebben. Deze studie kwantificeert twee geavanceerde oplossingen: elektromagnetische klauwplaten die gebruikmaken van remanentieregeltechnologie en pneumatische systemen met vacuümregeling over meerdere zones.

2 Methodologie

2.1 Experimenteel ontwerp

• Materialen: 6061-T6 aluminiumplaten (0,5 mm/0,8 mm/1,2 mm)

• Apparatuur:

  • Magnetisch: GROB 4-assige elektromagnetische klauwplaat (0,8T veldsterkte)

  • Pneumatisch: SCHUNK vacuümplaat met 36-zone verdeelstuk

• Testen: Oppervlaktevlakheid (laserinterferometer), thermische beeldvorming (FLIR T540), trillingsanalyse (3-assige accelerometers)

2.2 Testprotocollen

1. Statische stabiliteit: meet de doorbuiging onder een laterale kracht van 5N

2. Thermische cycli: Recordtemperatuurgradiënten tijdens sleuffrezen (Ø6mm frees, 12.000 tpm)

3. Dynamische stijfheid: kwantificeer de trillingsamplitude bij resonantiefrequenties (500–3000 Hz)

3 Resultaten en analyse

3.1 Klemprestaties

Figuur 1: Vacuümsystemen handhaafden een oppervlaktevariatie van <5 μm tijdens het vlakfrezen, terwijl magnetische klemming een randlift van 0,12 mm liet zien vanwege thermische uitzetting.

3.2 Trillingskarakteristieken

Pneumatische klauwplaten dempten harmonischen met 15 dB bij 2200 Hz – cruciaal voor fijne nabewerkingen. Magnetische werkstukopspanning vertoonde een 40% hogere amplitude bij gereedschapsaangrijpfrequenties.

4 Discussie

4.1 Technologische afwegingen

• Pneumatisch voordeel: Superieure thermische stabiliteit en trillingsdemping, geschikt voor toepassingen met hoge toleranties, zoals optische componentbases.

• Magnetic Edge: Snelle herconfiguratie ondersteunt job-shop-omgevingen die uiteenlopende batchgroottes verwerken.

Beperking: Geperforeerde of olieachtige platen, waarvan de vacuümefficiëntie >70% daalt, werden uitgesloten van de tests. Hybride oplossingen verdienen toekomstig onderzoek.

5 Conclusie

Voor het bewerken van dunne aluminiumplaten:

1. Pneumatische werkstukopspanning levert hogere precisie voor diktes >0,5 mm met onaangetast oppervlak

2. Magnetische systemen verminderen de niet-snijtijd met 60%, maar vereisen koelmiddelstrategieën voor thermisch beheer

3. De optimale selectie hangt af van de doorvoerbehoeften versus de tolerantievereisten

Toekomstig onderzoek moet zich richten op adaptieve hybride klemmen en ontwerpen voor elektromagneten met lage interferentie.