Технология вакуумного зажима

Горизонтальная сила зажима вакуумной зажимной системы — то есть сила, противодействующая сдвиговым нагрузкам во время обработки — определяется тремя факторами:

Fh = A × Δp × μ

• A: площадь зажимной поверхности, подвергающейся вакуумированию в процессе уплотнения
• Δp: уровень вакуума, т. е. разность давлений между зажимными приспособлениями и окружающей средой
• μ: коэффициент трения между зажимным оборудованием и заготовкой, зависящий от материала заготовки

Каждый перепад давления в 100 мбар обеспечивает вертикальную силу зажима примерно 1 Н/см². В зависимости от материала и сочетания поверхностей типичные коэффициенты трения варьируются от примерно 0,2 до 0,5.

Поскольку на практике силы обработки действуют преимущественно параллельно поверхности заготовки, горизонтальная сила зажима, как правило, является определяющим фактором при конструкции вакуумных зажимных систем. Она рассчитывается путем умножения вертикальной силы зажима на соответствующий коэффициент трения.

Практический пример: алюминиевая заготовка с площадью зажимных приспособлений 600 см² зажимается на Matrix-Plate с «островками» трения (μ = 0,25) при уровне вакуума 800 мбар. Результирующая сила зажима составляет 1 200 Н — этого достаточно для скорости съема стружки примерно 400 см³/мин при черновой обработке.

Приведенные значения носят исключительно иллюстративный характер, поскольку фактическая производительность обработки, достигаемая на практике, может значительно варьироваться. Даже затупленные инструменты, высокие скорости подачи или неблагоприятные параметры резания могут значительно увеличить силы обработки

Вакуумные зажимные системы состоят из нескольких согласованных между собой компонентов, предназначенных для создания, распределения и контроля уровня вакуума.

Вакуумное зажимное оборудование образует непосредственный интерфейс с заготовкой. В зависимости от применения используются, например, Matrix-Plates, вакуумные присоски или зажимные пластины, просасывающие воздух.

Создание вакуума осуществляется электрическим или пневматическим способом. В зависимости от области применения и технологических требований используются системы с высоким уровнем вакуума или высоким расходом. В некоторых случаях вакуумные генераторы также оснащены сепараторами жидкости или энергосберегающими системами управления.

Система дополняется аксессуарами и дополнительными элементами, такими как позиционирующие и упорные элементы, системы мониторинга вакуума, трубопроводы и компоненты для распределения вакуума.

Технология вакуумного зажима подходит для заготовок с достаточно гладкой и плотной контактной поверхностью, обеспечивающей стабильное вакуумное прилегание. Данный метод не зависит от материала и охватывает широкий спектр применений.

Она особенно хорошо зарекомендовала себя при деревообработке и обработке стекла. При работе со стеклом равномерная сила удержания предотвращает появление локальных пиков напряжения, которые из-за хрупкости материала могут привести к образованию микротрещин или поломке.

При деревообработке удается избежать повреждений, вызванных локализованными механическими силами зажима. В то же время сравнительно низкие силы зажима вакуума достаточны для многих материалов на основе древесины, что обеспечивает сокращение времени настройки и гибкость при перемещении заготовek.

При обработке пластиков равномерное распределение силы предотвращает деформацию и защищает чувствительные поверхности от следов давления.

В деревообработке системы для консольных столов, матричных столов и вкладывающихся столов обеспечивают быстрое и гибкое зажатие панельных материалов большой площади, например, при производстве мебели. Короткое время настройки и высокая гибкость дают преимущества при работе с заготовками различной геометрии.

Вакуумное зажимание также дает преимущества при работе с тонкостенными или крупногабаритными металлическими заготовками из алюминия или других цветных металлов. Заготовки можно зажимать без искривления, без боковых зажимных элементов, ограничивающих доступ к инструменту, и без локальных сил зажима, вызывающих деформацию.

Достижимая сила удержания напрямую зависит от герметичности всей системы. Только при наличии достаточно герметичного уплотнения между заготовкой и зажимной поверхностью можно создать необходимый вакуум и поддерживать его на постоянном уровне в течение всего процесса обработки.

Даже незначительные утечки или зазоры приводят к падению давления и, как следствие, снижают силу удержания. Это особенно негативно сказывается на надежности процесса при высоких силах обработки или динамических нагрузках.

В случае пористых материалов, сильно текстурированных поверхностей или очень малых площадей контакта возможности конструкции для создания достаточного уровня вакуума могут быть еще более ограничены. Поэтому для заготовок с неровностями поверхности или углублениями, превышающими примерно 0,1 мм, обычно требуются адаптированные уплотнительные кромки или специальные контактные поверхности для достижения достаточных сил удержания.

В вакуумной технологии интенсивность утечки указывается как расход в л/мин. Даже небольшие утечки могут снизить достижимый уровень вакуума ниже минимального значения, необходимого для зажимных приспособлений.

Если в результате этого одного только вакуумного зажима оказывается недостаточно, можно адаптировать стратегию обработки — например, уменьшив силы резания или увеличив эффективную площадь зажима, например, вырезав заготовку из заготовки на более позднем этапе.

В качестве альтернативы зажим можно дополнительно усилить с помощью механических упоров или дополнительных зажимных элементов.

В отличие от механических зажимных приспособлений, технология вакуумного зажима не создает локальных усилий, а обеспечивает равномерную силу удержания по всей поверхности. Это особенно выгодно в тех случаях, когда локальные пики напряжения могут привести к искривлению заготовки, отклонениям в размерах или повреждению поверхности.

Кроме того, вся поверхность заготовки остается доступной, так как не требуется наличие боковых зажимных приспособлений. Это позволяет осуществлять обработку с пяти сторон за одну установку, что сокращает количество процессов.

Распределенное применение силы также оказывает демпфирующий эффект на вибрации. Это может повысить качество обработки, особенно в случае тонких или немагнитных заготовок из алюминия или пластиков.

Кроме того, вакуумные зажимные системы можно гибко адаптировать к различным размерам заготовок. Это обеспечивает сокращение времени настройки и экономически эффективное производство, особенно при мелкосерийном выпуске.

В отличие от магнитной технологии зажима, вакуумный зажим не ограничивается ферромагнитными материалами. Его можно использовать для дерева, стекла, пластиков, алюминия и других цветных металлов — везде, где требуется зажим без повреждений и с минимальными деформациями.