Große, dünnwandige Schalenteile verziehen und verformen sich bei der Bearbeitung leicht. In diesem Artikel stellen wir ein Kühlkörpergehäuse für große, dünnwandige Teile vor und erläutern die Probleme im regulären Bearbeitungsprozess. Darüber hinaus bieten wir eine optimierte Prozess- und Vorrichtungslösung. Los geht‘s!
Bei dem Gehäuse handelt es sich um ein Schalenteil aus AL6061-T6-Material. Hier sind seine genauen Abmessungen.
Gesamtmaße: 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 Probleme wie Verzug und Verformung. Um diese Probleme zu lösen, bieten wir verschiedene Prozessoptionen an. Dennoch gibt es für jeden Prozess spezifische Probleme. Hier sind die Details.
Prozessroute 1
Im ersten Schritt bearbeiten wir zunächst die Rückseite (Innenseite) des Werkstücks und füllen die Hohlräume anschließend mit Gips aus. Anschließend fixieren wir die Rückseite mit Klebstoff und doppelseitigem Klebeband, um die Vorderseite zu bearbeiten.
Dieses Verfahren bringt jedoch einige Probleme mit sich. Aufgrund der großen Hohlräume auf der Rückseite können Klebstoff und doppelseitiges Klebeband das Werkstück nicht ausreichend fixieren. Dies führt zu Verformungen in der Werkstückmitte und einem erhöhten Materialabtrag (sogenanntes Überschneiden). Darüber hinaus führt die mangelnde Stabilität des Werkstücks zu einer geringen Bearbeitungseffizienz und einem schlechten Oberflächenschnittbild.
Prozessroute 2
Im zweiten Schritt ändern wir die Reihenfolge der Bearbeitung. Wir beginnen mit der Unterseite (der Seite, an der die Wärme abgeführt wird) und füllen dann den Hohlraum mit Gips auf. Anschließend fixieren wir die Vorderseite mit Klebstoff und doppelseitigem Klebeband, um die Rückseite bearbeiten zu können.
Das Problem bei diesem Verfahren ähnelt jedoch dem ersten Verfahren, nur dass es auf die Rückseite (Innenseite) verlagert wird. Auch hier gilt: Wenn die Rückseite einen großen Hohlraum aufweist, sorgt die Verwendung von Klebstoff und doppelseitigem Klebeband nicht für hohe Stabilität des Werkstücks, was zu Verformungen führt.
Prozessroute 3
Bei Prozess 3 ziehen wir die Verwendung der Bearbeitungsreihenfolge von Prozess 1 oder Prozess 2 in Erwägung. Anschließend verwenden wir beim zweiten Befestigungsprozess eine Pressplatte, um das Werkstück durch Herunterdrücken des Umfangs festzuhalten.
Aufgrund der großen Produktfläche kann die Platte jedoch nur den Randbereich abdecken und den mittleren Bereich des Werkstücks nicht vollständig fixieren.
Dies führt einerseits dazu, dass es im mittleren Bereich des Werkstücks zu Verwerfungen und Verformungen kommt, was wiederum zu einem Überschnitt im mittleren Bereich des Produkts führt. Andererseits führt dieses Bearbeitungsverfahren dazu, dass dünnwandige CNC-Schalenteile zu schwach werden.
Prozessroute 4
Im Prozess 4 bearbeiten wir zunächst die Rückseite (Innenseite) und befestigen anschließend die bearbeitete Rückseite mittels Vakuumspannfutter, um die Vorderseite zu bearbeiten.
Bei dünnwandigen Schalenteilen gibt es jedoch konkave und konvexe Strukturen auf der Rückseite des Werkstücks, die wir beim Einsatz von Vakuumsaugen vermeiden müssen. Dies schafft jedoch ein neues Problem: Die vermiedenen 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 zu einem Rückprall des Schneidwerkzeugs kommen, was zu einem vibrierenden Werkzeugmuster führt. Daher kann sich dieses Verfahren negativ auf die Qualität der Bearbeitung und die Oberflächengüte 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 Prozessablauf verbessert. Mit der neuen Lösung bearbeiten wir zunächst die Rückseite (Innenseite) und bearbeiten die Schraubendurchgangslöcher in einigen Bereichen vor, die später ausgehöhlt werden. Dies soll eine bessere Fixierung und Positionierung in den nachfolgenden Bearbeitungsschritten ermöglichen.
Kreisen Sie den zu bearbeitenden Bereich ein
Anschließend verwenden wir die bearbeiteten Flächen auf der Rückseite (Innenseite) als Bearbeitungsreferenz. Gleichzeitig sichern wir das Werkstück, indem wir die Schraube durch das Überloch aus dem vorherigen Prozess führen und an der Vorrichtungsplatte befestigen. Anschließend markieren wir den Bereich, in dem die Schraube befestigt ist, als zu bearbeitenden Bereich.
Sequentielle Bearbeitung mit Platten
Während des Bearbeitungsprozesses bearbeiten wir zunächst die Bereiche außerhalb des zu bearbeitenden Bereichs. Sobald diese Bereiche bearbeitet sind, legen wir die Platte auf den bearbeiteten Bereich (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 fixieren und Probleme wie Verzug, Verformung und Überschnitt vermeiden. Die montierten Schrauben ermöglichen eine feste Befestigung der Vorrichtungsplatte am Werkstück und sorgen so für zuverlässige Positionierung und Halt. Zusätzlich trägt der Einsatz einer Druckplatte zur Druckausübung auf den bearbeiteten Bereich zur Stabilität des Werkstücks bei.
Detaillierte Analyse: Wie lassen sich Verformungen und Deformationen vermeiden?
Die erfolgreiche Bearbeitung großer und dünnwandiger Schalenstrukturen erfordert eine Analyse der spezifischen Probleme im Bearbeitungsprozess. Wir sehen uns genauer an, wie diese Herausforderungen effektiv bewältigt werden können.
Vorbearbeitung Innenseite
Im ersten Bearbeitungsschritt (Bearbeitung der Innenseite) liegt ein massives Material mit hoher Festigkeit vor. Daher treten bei diesem Prozess keine Bearbeitungsanomalien wie Verformungen und Verzug am Werkstück auf. Dies gewährleistet Stabilität und Präzision bei der Bearbeitung der ersten Klemme.
Verwenden Sie die Verriegelungs- und Druckmethode
Für den zweiten Schritt (Bearbeitung des Kühlkörpers) verwenden wir eine Verriegelungs- und Pressklemmmethode. Dadurch wird eine hohe und gleichmäßig auf die Auflagefläche verteilte Klemmkraft gewährleistet. Diese Klemmung sorgt für Stabilität und verhindert Verformungen während des gesamten Prozesses.
Alternative Lösung: Ohne Hohlstruktur
Manchmal stoßen wir jedoch auf Situationen, in denen es nicht möglich ist, ein Schraubendurchgangsloch ohne Hohlstruktur herzustellen. Hier ist eine alternative Lösung.
Wir können während der Bearbeitung der Rückseite Säulen vorkonstruieren und diese anschließend mit Gewinden versehen. Im nächsten Bearbeitungsvorgang führen wir die Schraube durch die Rückseite der Vorrichtung und fixieren das Werkstück. Anschließend bearbeiten wir die zweite Ebene (die Seite, an der die Wärme abgeführt wird). So können wir den zweiten Bearbeitungsschritt in einem Durchgang abschließen, ohne die Platte in der Mitte wechseln zu müssen. Abschließend fügen wir einen dreifachen Klemmschritt 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 Verziehens und der Verformung großer, dünner Schalenteile während der CNC-Bearbeitung erfolgreich lösen können. Dies gewährleistet nicht nur die Bearbeitungsqualität und -effizienz, sondern verbessert auch die Stabilität und Oberflächenqualität des Produkts.