Инструменты и стратегии обработки для автомобильных деталей

По мере того, как бум электромобилей ускоряется, для производства компонентов автомобилей используются новые материалы, что создает проблемы для поставщиков автомобилей. Вот почему режущие инструменты из поликристаллического алмаза быстро становятся лучшими друзьями автопроизводителей.

С тех пор, как существуют автомобили, автопроизводители используют алюминий для их изготовления. Фактически, пионер автомобилестроения Карл Бенц представил первые алюминиевые детали двигателя в 1901 году, затем Bugatti использовала алюминиевые компоненты шасси и кузова в 1908 году и двигатель Alfa Romeo с наддувом в 1934 году, также алюминиевый.

С тех пор популярность алюминия и его многочисленных сплавов продолжает расти, одним из последних и ярких примеров является выпуск компанией Ford Motor Co. пикапа F-150 с алюминиевым кузовом в 2015 году. Однако огромный скачок вперед, учитывая план General Motors предложить 30 новых моделей электромобилей (EV) к 2025 году, а через 10 лет после этого - полный отказ от двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Другие автопроизводители наверняка последуют новаторскому пути GM.

Какое отношение электрификация автомобиля имеет к алюминию? Множество. Несмотря на то, что этот прочный, но легкий металл уже был любимцем автомобильной промышленности за его полезную роль в соблюдении строгих стандартов топливной эффективности, недавний опрос, проведенный исследовательской фирмой DuckerFrontier, предполагает, что в среднем алюминий, используемый в электрических и неэлектрических транспортных средствах в Северной Америке, ожидается. увеличиться на 24% к 2030 году. 
 

Некоторая часть этого потребления будет связана с уже используемыми колесами, корпусами насосов, головками цилиндров и корпусами трансмиссии, но постепенно будет расширяться за счет аккумуляторных поддонов и компонентов электродвигателей, таких как статоры и корпуса. Однако есть только одна проблема:в то время как большинство кованых и деформируемых алюминиевых сплавов относительно легко поддаются механической обработке, литые материалы, используемые в некоторых из этих деталей, могут быть очень абразивными, что приводит к сокращению срока службы инструмента и увеличению времени простоя. В свете общеизвестно высоких объемов производства в отрасли это может вызвать серьезную озабоченность у автопроизводителей и их поставщиков.

Ответ на трудные вопросы

К счастью, есть материал для режущего инструмента, который подходит для этой задачи. Он называется поликристаллическим алмазом (PCD), и, как отмечает Джеральд Фитч, специалист по автомобильным приложениям Kyocera Precision Tools, существует широкий ассортимент напаянных PCD сверл и концевых фрез, а также сменные фрезы и индивидуальные решения, которые служат для уменьшения себестоимости и повысить производительность любого цеха, в котором рутинно обрабатывается алюминий.

«Для автопроизводителя стоимость одной кромки — это все, и хотя инструмент с ПКА может стоить в 10 раз дороже своего твердосплавного эквивалента, более короткое время цикла и значительно увеличенный срок службы инструмента более чем компенсируют разницу в цене», — говорит он. /Р>

Fitch указывает на фрезы MFAH и MEAS компании как на два возможных решения. Утверждается, что оба обеспечивают низкие силы резания, которые сводят к минимуму образование заусенцев и сколов на заготовке, обеспечивая при этом высокое качество отделки, что имеет решающее значение при крупносерийной обработке алюминия. Инструмент со сменными пластинами, подобный этому, также подходит для фрезерования верхних частей блоков цилиндров, где присутствуют гильзы цилиндров из чугуна или порошкового металла, что является обычным, но сложным явлением на автомобильном рынке.

Скучно глубоко

Рик Вит видит многие из тех же проблем. Менеджер по продукции и технический руководитель подразделения PCD/PCBN компании Gühring Inc. отмечает, что допуски автомобильных деталей и чистота поверхности часто бывают довольно жесткими, а в случае отверстий статора электродвигателей большое отношение длины к диаметру может также следует ожидать.

«Одним из примеров может служить отверстие статора в электродвигателе, диаметр которого обычно превышает 200 миллиметров (7,87 дюйма), а глубина, возможно, в 1–1,5 раза больше», — говорит Сит. «Подход к обработке очень похож на подход к обычному корпусу трансмиссии, который на самом деле может потребовать значительно большего радиуса действия. Для этого требуется трехэтапный процесс обработки с черновой, получистовой и чистовой расточкой. Разница здесь в материале корпуса инструмента и системе регулировки».

Решением Гюринга для этой конкретной детали стал специальный резак, корпус которого, как это ни парадоксально, сам сделан из алюминия. Расточный инструмент имеет интерфейс шпинделя HSK и оснащен шестью или более вставками PCD, каждая из которых установлена ​​в регулируемом картридже для контроля размера. «Как это обычно бывает со многими автомобильными режущими инструментами, это была полноценная специальная функция, позволяющая обрабатывать детали разных диаметров и форм с помощью одного инструмента», — говорит Вит.

Быстрая подача с PCD

Чад Хеффлингер (Chad Hefflinger) — менеджер по продуктам PCD/PCBN в Kennametal Inc. Он объясняет, что, хотя автопроизводители десятилетиями использовали инструменты PCD для улучшения своих операций по обработке алюминия, их поставщики Tier большую часть этого времени отставали. Все изменилось за последние годы, учитывая широкую доступность относительно недорогих станков с ЧПУ, которые могут похвастаться более высокими скоростями вращения шпинделя и скоростью подачи, необходимыми для PCD, что делает его более производительным даже для самых маленьких мастерских.

Еще одна вещь, которая изменилась, — это разработка так называемых «жильных» инструментов PCD. «PCD в большинстве режущих инструментов изготавливается из плоской шайбы, которая вырезается и припаивается к твердосплавной основе», — говорит Хеффлингер. «Недостатком здесь является то, что вы не можете сделать изогнутую форму, как с твердосплавными режущими инструментами. Однако при использовании инструмента с прожилками PCD спекается в изогнутых пазах в подготовленной твердосплавной заготовке, что позволяет использовать его в спиральных сверлах и концевых фрезах».

Хеффлингер также предполагает, что алюминий — не единственная игра в автомобильном городе. Все большее число производителей обращаются к армированному углеродным волокном пластику (CFRP) и другим композитам для панелей кузова, компонентов рамы, бамперов, а в случае электромобилей — аккумуляторных отсеков. И здесь снова инструменты с ПКА являются первым, а иногда и единственным выбором для обработки этих материалов аэрокосмического класса.

«Углепластик не только довольно абразивен, но и склонен к сколам и расслаиванию», — говорит он. «Это одна из причин, по которой инструменты из ПКА с прожилками часто предпочитают для этих материалов, особенно в аэрокосмической промышленности, но в некоторой степени и в автомобилестроении. Вы получаете исключительную износостойкость PCD вместе с более гибкими вариантами геометрии, что помогает устранить некоторые проблемы, возникающие при обработке композитов, а также некоторых алюминиевых сплавов».

Какие шаги вы предпринимаете для ускорения производства электромобилей? Поделитесь своими мыслями и идеями в комментариях ниже.

Использование лучших инструментов и стратегий обработки для автомобильных деталей

По мере того, как бум электромобилей (EV) ускоряется, новые материалы используются для производства компонентов транспортных средств, что создает проблему механической обработки для поставщиков автомобилей. К счастью, для этой задачи есть материал для режущего инструмента:поликристаллический алмаз или ПКА. Какие шаги вы предпринимаете для ускорения производства электромобилей? Примите участие в нашем опросе, чтобы поделиться своим мнением по этой теме.

Как вам удается обрабатывать алюминиевые сплавы?