Případová studie obrábění – Přesné obrábění disku pro distribuci polovodičových plynů

Tato série plynových distribučních disků je vyrobena z hliníkové slitiny 6061. Povrch disku má hustě zaplněné otvory o průměrech od 0,2 do 6,0 mm, přičemž plocha mikrootvorů je nejvíce koncentrovaná na 0,2–1,0 mm. Zákazník požaduje povrchovou úpravu stěny otvoru Ra ≤ 0,4 µm, extrémně vysokou konzistenci průměru otvoru (3σ ≤ 5 µm) a nulovou toleranci pro otřepy v otvorech otvorů. Na základě těchto požadavků jsme jasně stanovili naše cíle: jednorázové upnutí, přísná kontrola nástrojů/upínačů a odstraňování třísek a online monitorování procesu, abychom zajistili stabilitu dávky spíše než jednorázový nárazový průchod.

Obtížnost tohoto typu dílu nejsou jednotlivé otvory, ale spíše „stabilní opakování velkého počtu mikrootvorů na stejném kusu“. Mikrootvory jsou náchylné k ulpívání nástroje a ucpávání třísky; i drobné chyby v prodloužení a vedení nástroje mohou vést k odchylce průměru nebo zlomení nástroje. Statistické zkreslení způsobené tepelnou deformací přípravku nebo opakovaným upnutím může zesílit 3σ. I když jsou malé, otřepy v otvoru otvoru mají významný dopad na proudění vzduchu po proudu a neponechávají žádný prostor pro chyby. Proces proto musí vytvořit spolehlivou uzavřenou smyčku mezi přípravky, pořadím nástrojů a strategiemi odstraňování třísek.

Upřednostňujeme jednoduché upnutí. Upínač používá velkoplošné tlakové ložisko a tvrdé polohovací kolíky a vodicí pouzdra z tvrdé slitiny jsou instalována v oblastech s hustými mikrootvory, aby byla zajištěna soustřednost a vedení při vstupu mikrovrtáku. Konstrukce přípravku bere v úvahu jak kanály pro odstraňování třísek, tak řízení chlazení/teploty: když jsou velikosti dávek velké a počet otvorů vysoký, je pro zajištění statistické konzistence rozhodující tepelná stabilita přípravku. Jednoduše řečeno, pokud je přípravek nestabilní, všechna následná nápravná opatření jsou pouze dočasná opatření.

Naše sekvence nástrojů striktně dodržuje metodu „segmentace-přechod-dokončování“ a zrcadlí pořadí nástrojů ve vašem diagramu: Nejprve se použije kuželový vrták pro vstup a rozšíření; poté se použije stupňovitá vrtačka pro segmentové odstranění přebytečného materiálu; následně se pro přechodový rozměr použije spirálový vrták nebo vrták z tvrdokovu (pomocí segmentového vrtání + zatažení); v blízkosti průměru koncovky se k dokončení konečného otvoru používá vrták/výstružník s rovnou drážkou; konečně se pro srážení hran a odstraňování otřepů v otvoru otvoru používá jednobřitý dláto/kontrafréza z PCD. Účelem této sekvence je rozložit řezné zatížení mezi různé nástroje, snížit riziko zlomení mikrovrtáku a zajistit stabilní morfologii otvoru. V oblasti mikrootvorů se používá vysokorychlostní strategie s nízkým posuvem, přičemž vrták/výstružník s přímou drážkou se používá v konečné fázi ke zlepšení textury stěny otvoru, aby byly splněny požadavky Ra.

Morfologie otvoru má významný vliv na distribuci proudění vzduchu; prostě vrtání není trvalé řešení. Povrchovou úpravu PCD (Polymer Die Cutting)/dokončování jednobřitým sekáčem považujeme za povinný proces: PCD dláta jsou vysoce účinná při odstraňování zkosení, rozšířených tvarů úst a mikrootřepů z otvorů, jsou také nelepivá a mají dlouhou životnost. Po dokončení jsou díly ultrazvukově očištěny a poté kontrolovány díra po dírce pomocí 200× mikroskopu (úplná kontrola klíčových oblastí, náhodný odběr vzorků ze zbytku), aby se potvrdila nepřítomnost viditelných otřepů a okrajových otřepů.

První kus musí projít úplnou kontrolou: zaznamená se průměr otvoru, soustřednost, házení, stěna otvoru Ra a stav otřepů. Kontroly šarží se provádějí v pevných intervalech (podle schématu SPC) pro výpočet 3σ. Pro kontrolu průměru otvoru používáme vysoce přesnou sondu vnitřního průměru nebo optické zařízení pro měření průměru; pro stěnu otvoru Ra používáme k náhodnému vzorkování přenosný drsnoměr nebo optický profiler. Podmínky uvolnění jsou: přijatelný první kus, šarže 3σ ≤ 5 µm, odebraný vzorek Ra ≤ 0,4 µm a žádné viditelné otřepy pod mikroskopickou vizuální kontrolou. Závěrečné testování zajišťuje, že kvalita stěny otvoru splňuje požadavky zákazníka.