Große, dünnwandige Schalenteile können sich bei der Bearbeitung leicht verziehen und verformen. In diesem Artikel stellen wir einen Kühlkörper aus großen und dünnwandigen Teilen vor, um die Probleme im regulären Bearbeitungsprozess zu diskutieren. Darüber hinaus bieten wir auch eine optimierte Prozess- und Vorrichtungslösung. Machen wir uns an die Arbeit!
Bei dem Gehäuse handelt es sich um ein Schalenteil aus AL6061-T6-Material. Hier sind die genauen Abmessungen.
Gesamtabmessungen: 455 x 261,5 x 12,5 mm
Stützwandstärke: 2,5 mm
Kühlkörperdicke: 1,5 mm
Kühlkörperabstand: 4,5 mm
Praxis und Herausforderungen in verschiedenen Prozessrouten
Bei der CNC-Bearbeitung verursachen diese dünnwandigen Schalenstrukturen häufig eine Reihe von Problemen, wie z. B. Verzug und Verformung. Um diese Probleme zu lösen, versuchen wir, mehrere Prozessroutenoptionen anzubieten. Es gibt jedoch immer noch einige genaue Probleme für jeden Prozess. Hier sind die Details.
Prozessroute 1
Im ersten Schritt bearbeiten wir zunächst die Rückseite (Innenseite) des Werkstücks und füllen anschließend die ausgehöhlten Stellen mit Gips auf. Als Nächstes verwenden wir die Rückseite als Referenz und fixieren die Referenzseite mit Klebstoff und doppelseitigem Klebeband, um die Vorderseite zu bearbeiten.
Allerdings gibt es bei dieser Methode einige Probleme. Aufgrund der großen Hohlraumhinterfüllung auf der Rückseite können Kleber und doppelseitiges Klebeband das Werkstück nicht ausreichend fixieren. Dies führt zu einer Verformung in der Mitte des Werkstücks und zu einem stärkeren Materialabtrag im Prozess (sogenanntes Überschneiden). Darüber hinaus führt die mangelnde Stabilität des Werkstücks auch zu einer geringen Bearbeitungseffizienz und einem schlechten Oberflächenmessermuster.
Prozessroute 2
Im Prozess 2 ändern wir die Bearbeitungsreihenfolge. Wir beginnen mit der Unterseite (der Seite, an der die Wärme abgeführt wird) und nutzen dann die Gipshinterfüllung des Hohlraums. Als nächstes verwenden wir die Vorderseite als Referenz und fixieren die Referenzseite mit Kleber und doppelseitigem Klebeband, damit wir die Rückseite bearbeiten können.
Allerdings ist das Problem bei diesem Verfahren ähnlich wie bei Verfahrensweg 1, mit der Ausnahme, dass das Problem auf die Rückseite (Innenseite) verlagert wird. Auch hier gilt: Wenn die Rückseite eine große Hohlraumhinterfüllung aufweist, bietet die Verwendung von Kleber und doppelseitigem Klebeband keine hohe Stabilität des Werkstücks, was zu Verformungen führt.
Prozessroute 3
In Prozess 3 erwägen wir die Verwendung der Bearbeitungssequenz von Prozess 1 oder Prozess 2. Im zweiten Befestigungsprozess verwenden wir dann eine Pressplatte, um das Werkstück durch Herunterdrücken auf den Umfang zu halten.
Aufgrund der großen Produktfläche kann die Aufspannplatte jedoch nur den Umfangsbereich abdecken und den zentralen Bereich des Werkstücks nicht vollständig fixieren.
Dies führt einerseits dazu, dass im Mittelbereich des Werkstücks noch Verwerfungen und Verformungen auftreten, was wiederum zu Überschnitten im Mittelbereich des Produkts führt. Andererseits werden durch diese Bearbeitungsmethode die dünnwandigen CNC-Schalenteile zu schwach.
Prozessroute 4
In Prozess 4 bearbeiten wir zuerst die Rückseite (Innenseite) und befestigen dann mit einem Vakuumspannfutter die bearbeitete Rückseitenebene, um die Vorderseite zu bearbeiten.
Allerdings kommt es beim dünnwandigen Schalenteil zu konkaven und konvexen Strukturen auf der Werkstückrückseite, die wir bei der Vakuumabsaugung vermeiden müssen. Dadurch entsteht jedoch ein neues Problem: Die umfahrenen Bereiche verlieren ihre Saugkraft, insbesondere in den vier Eckbereichen am Umfang des größten Profils.
Da diese nicht absorbierten Bereiche der Vorderseite (der bearbeiteten Oberfläche an dieser Stelle) entsprechen, kann es zum Abprallen des Schneidwerkzeugs kommen, was zu einem vibrierenden Werkzeugmuster führt. Daher kann sich diese Methode negativ auf die Qualität der Bearbeitung und die Oberflächenbeschaffenheit auswirken.
Optimierte Prozessroute und Vorrichtungslösung
Um die oben genannten Probleme zu lösen, schlagen wir die folgenden optimierten Prozess- und Vorrichtungslösungen vor.
Vorbearbeitung von Schraubendurchgangslöchern
Erstens haben wir den Prozessweg verbessert. Bei der neuen Lösung bearbeiten wir zunächst die Rückseite (Innenseite) und bearbeiten das Schraubendurchgangsloch an einigen Stellen vor, die später ausgehöhlt werden. Der Zweck besteht darin, eine bessere Fixierungs- und Positionierungsmethode in den nachfolgenden Bearbeitungsschritten bereitzustellen.
Kreisen Sie den zu bearbeitenden Bereich ein
Als nächstes verwenden wir die bearbeiteten Ebenen auf der Rückseite (Innenseite) als Bearbeitungsreferenz. Gleichzeitig sichern wir das Werkstück, indem wir die Schraube durch das Überloch des vorherigen Vorgangs führen und es an der Spannplatte befestigen. Kreisen Sie dann den Bereich, in dem die Schraube fixiert ist, als den zu bearbeitenden Bereich ein.
Sequentielle Bearbeitung mit Platte
Während des Bearbeitungsprozesses bearbeiten wir zunächst die Bereiche, die nicht der zu bearbeitende Bereich sind. Sobald diese Bereiche bearbeitet wurden, platzieren wir die Platte auf der bearbeiteten Fläche (die Platte muss mit Klebstoff bedeckt sein, um ein Zerdrücken der bearbeiteten Oberfläche zu verhindern). Anschließend entfernen wir die in Schritt 2 verwendeten Schrauben und bearbeiten die zu bearbeitenden Bereiche weiter, bis das gesamte Produkt fertig ist.
Mit dieser optimierten Prozess- und Vorrichtungslösung können wir das dünnwandige CNC-Schalenteil besser halten und Probleme wie Verzug, Verformung und Überschneiden vermeiden. Die montierten Schrauben ermöglichen eine feste Befestigung der Spannplatte am Werkstück und sorgen so für eine zuverlässige Positionierung und Unterstützung. Darüber hinaus trägt die Verwendung einer Pressplatte zur Druckausübung auf den bearbeiteten Bereich dazu bei, das Werkstück stabil zu halten.
Eingehende Analyse: Wie vermeidet man Verwerfungen und Verformungen?
Um eine erfolgreiche Bearbeitung großer und dünnwandiger Schalenstrukturen zu erreichen, ist eine Analyse der spezifischen Probleme im Bearbeitungsprozess erforderlich. Schauen wir uns genauer an, wie diese Herausforderungen effektiv gemeistert werden können.
Vorbearbeitung der Innenseite
Im ersten Bearbeitungsschritt (Bearbeitung der Innenseite) handelt es sich um ein massives Stück Material mit hoher Festigkeit. Daher erleidet das Werkstück während dieses Prozesses keine Bearbeitungsanomalien wie Verformung und Verzug. Dies sorgt für Stabilität und Präzision bei der Bearbeitung der ersten Klemme.
Verwenden Sie die Verriegelungs- und Pressmethode
Für den zweiten Schritt (Bearbeitung dort, wo sich der Kühlkörper befindet) verwenden wir eine Klemm- und Pressmethode zum Spannen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Spannkraft hoch und gleichmäßig auf der tragenden Referenzebene verteilt ist. Durch diese Klemmung ist das Produkt stabil und verzieht sich während des gesamten Prozesses nicht.
Alternative Lösung: Ohne Hohlstruktur
Allerdings kommt es manchmal vor, dass es nicht möglich ist, eine Schraubendurchgangsbohrung ohne Hohlstruktur herzustellen. Hier ist eine alternative Lösung.
Bei der Bearbeitung der Rückseite können wir einige Pfeiler vorkonstruieren und dann darauf klopfen. Beim nächsten Bearbeitungsprozess führen wir die Schraube durch die Rückseite der Vorrichtung und fixieren das Werkstück. Anschließend bearbeiten wir die zweite Ebene (die Seite, auf der die Wärme abgeführt wird). So können wir den zweiten Bearbeitungsschritt in einem Durchgang erledigen, ohne die Platte in der Mitte wechseln zu müssen. Abschließend fügen wir eine Dreifachspannstufe hinzu und entfernen die Prozesssäulen, um den Prozess abzuschließen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir durch die Optimierung des Prozesses und der Vorrichtungslösung das Problem des Verzugs und der Verformung großer, dünner Schalenteile während der CNC-Bearbeitung erfolgreich lösen können. Dies gewährleistet nicht nur die Qualität und Effizienz der Bearbeitung, sondern verbessert auch die Stabilität und Oberflächenqualität des Produkts.