Serrage magnétique ou pneumatique pour tôles minces d'aluminium

Serrage magnétique ou pneumatique pour tôles minces d'aluminium

Auteur : PFT, Shenzhen

Abstrait

L'usinage de précision de tôles d'aluminium minces (< 3 mm) présente d'importants défis en matière de serrage. Cette étude compare les systèmes de serrage magnétiques et pneumatiques dans des conditions de fraisage CNC contrôlées. Les paramètres d'essai comprenaient la constance de la force de serrage, la stabilité thermique (20 °C à 80 °C), l'amortissement des vibrations et la déformation de surface. Les mandrins pneumatiques à vide maintenaient une planéité de 0,02 mm pour les tôles de 0,8 mm, mais nécessitaient des surfaces d'étanchéité intactes. Les mandrins électromagnétiques permettaient un accès 5 axes et réduisaient le temps de réglage de 60 %, mais les courants de Foucault induits provoquaient un échauffement localisé dépassant 45 °C à 15 000 tr/min. Les résultats indiquent que les systèmes à vide optimisent l'état de surface des tôles > 0,5 mm, tandis que les solutions magnétiques améliorent la flexibilité pour le prototypage rapide. Les limites incluent les approches hybrides non testées et les alternatives à base d'adhésif.

1 Introduction

Les tôles d'aluminium minces équipent les industries, de l'aéronautique (revêtements de fuselage) à l'électronique (fabrication de dissipateurs thermiques). Pourtant, des enquêtes sectorielles de 2025 révèlent que 42 % des défauts de précision proviennent du mouvement des pièces pendant l'usinage. Les brides mécaniques conventionnelles déforment souvent les tôles de moins de 1 mm, tandis que les méthodes à base de ruban adhésif manquent de rigidité. Cette étude quantifie deux solutions avancées : les mandrins électromagnétiques exploitant la technologie de contrôle de la rémanence et les systèmes pneumatiques avec contrôle du vide multizone.

2 Méthodologie

2.1 Conception expérimentale

• Matériaux : Feuilles d'aluminium 6061-T6 (0,5 mm/0,8 mm/1,2 mm)

• Équipement:

  • Magnétique: Mandrin électromagnétique GROB 4 axes (intensité de champ 0,8 T)

  • Pneumatique: Plaque à vide SCHUNK avec collecteur 36 zones

• Tests : Planéité de surface (interféromètre laser), imagerie thermique (FLIR T540), analyse des vibrations (accéléromètres 3 axes)

2.2 Protocoles de test

1. Stabilité statique : mesure de la déflexion sous une force latérale de 5 N

2. Cyclage thermique : enregistrez les gradients de température pendant le fraisage de rainures (fraise Ø 6 mm, 12 000 tr/min)

3. Rigidité dynamique : quantifier l'amplitude des vibrations aux fréquences de résonance (500–3 000 Hz)

3 Résultats et analyse

3.1 Performances de serrage

Figure 1 : Les systèmes à vide ont maintenu une variation de surface inférieure à 5 μm pendant le surfaçage, tandis que le serrage magnétique a montré une élévation des bords de 0,12 mm en raison de la dilatation thermique.

3.2 Caractéristiques de vibration

Les mandrins pneumatiques ont atténué les harmoniques de 15 dB à 2 200 Hz, un facteur essentiel pour les opérations de finition. Le serrage magnétique a montré une amplitude 40 % supérieure aux fréquences d'engagement de l'outil.

4 Discussion

4.1 Compromis technologiques

• Avantage pneumatique : une stabilité thermique supérieure et un amortissement des vibrations conviennent aux applications à haute tolérance comme les bases de composants optiques.

• Bord magnétique : la reconfiguration rapide prend en charge les environnements d'atelier gérant des lots de tailles diverses.

Limite : Les tests ont exclu les tôles perforées ou huileuses, dont l'efficacité du vide chute à plus de 70 %. Des solutions hybrides méritent d'être étudiées ultérieurement.

5 Conclusion

Pour l'usinage de tôles d'aluminium minces :

1. Le serrage pneumatique offre une précision supérieure pour les épaisseurs > 0,5 mm avec des surfaces sans compromis

2. Les systèmes magnétiques réduisent le temps de non-coupe de 60 %, mais nécessitent des stratégies de refroidissement pour la gestion thermique

3. La sélection optimale dépend des besoins de débit par rapport aux exigences de tolérance

Les recherches futures devraient explorer les pinces hybrides adaptatives et les conceptions d’électroaimants à faible interférence.