Передовые технологии обработки распредвалов для пиковых характеристик

От проектирования к готовому заготовке за дни, а не месяцы

Билли Годбольд (инженер Comp Cams) на трассе наблюдал тесты кастомного распредвала. Месяц назад команда только начинала думать о материалах/геометрии. Такая скорость невозможна была раньше, когда обработку высококлассных гоночных распредвалов аутсорсили.

Внутреннее производство на двухшпиндельном/двухревольверном станке Okuma

Comp Cams обрабатывает малые партии заготовок распредвалов (camshaft cores — основные признаки обработаны, далее термообработка и шлифовка) на станке Okuma LT300-MY. Внутреннее производство ускорило кастомные заказы профи-команд: больше не ждать недель/месяцев. До 12 заготовок из порошковой стали M4 (30 HRC) за 8-часовую смену.

Экспертиза поставщиков

Экспертиза Comp Cams — шлифовка, не обработка. При установке 7-осевого мультифункционального станка в 2008 г. сильно опирались на советы поставщиков оборудования. Продолжают использовать эти ресурсы для минимизации циклов.

Философия «нельзя продать, не рассказав»

Пол Скутер Бразерс (собственник, председатель SEMA) поощряет открытость. Компания детально рассказала, как освоила сложный станок.

Успех за счет скорости

Сегменты продукции

• Высокопроизводительные/не гоночные; хобби-рейсеры; профи-команды NASCAR/NHRA.
• Кастомные распредвалы для профи — на станке в Мемфисе.

От классической ячейки к двухшпиндельной схеме

Изначально рассматривали классическую ячейку: пила, токарные для фасовки/центров/желобков, фрезерные для лицевых сторон и профилей щеек. Множество долгих установок.

Ларри Шварц (тогда президент Okuma America) предложил двухшпиндельный/двухревольверный станок. Удержание прутка между шпинделями/частично внутри позволяет полную обработку за установку. Два шпинделя работают одновременно.

Выбор Okuma LT300-MY

• Основное механическое изменение: увеличение втулок главных/контршпинделей для прохода 70-мм шейки распредвала.
• Жесткость станка + 30 л.с. на шпиндель = уверенность в обработке M4 (30 HRC).

Прогона на сложном распредвале

Отправили в Okuma «очень сложный» 70-мм NHRA Pro Stock с 9 шейками. Кевин Краески (прилож. инженер Okuma) создал программы с переменными подпрограммами для типичных операций: желобки между щеками, фрезерование профилей, сверление/нарезание резьбы болтовых узоров. Это позволило легко перепрограммировать под любые конструкции.

Сложности: чистота в желобках и скорость фрезерования щеек. Тим Уитмор (Iscar) проработал инструментал. К поставке цикл 75 мин.

Текущий процесс: 35–45 минут

1. Оператор вставляет предразрезанный пруток в главный шпиндель, вытягивает на упор, зажимает.
2. Станок токарно-фрезерует лицевую сторону.
3. Контршпиндель хватает обработанную грань, вытягивает пруток ~10 дюймов. Желобки и фрезерование щеек на этом участке.
4. Контршпиндель зажимает новые шейки, вытягивает дальше — обработка задней половины. (Два малых участка минимизируют дефлекцию, вибрацию, трескотню).
5. Контршпиндель поглощает почти весь пруток — токарная/фрезерная обработка задней грани.

Ранние вызовы и решения

Зажим 5-шейочных распредвалов

Тестовый 9-шейочный давал больше точек зажима. На 5-шейочных оригинальные губы контршпинделя были короткими. Установлены 6-дюймовые губы — зажим через 2+ шейки на любом типе.

Пробуксовка заготовки в губах

Решение: вольфрамовое покрытие Carbonite Metal Coatings на зажимных поверхностях губ. Электрофузное наложение — металлургическая связь, сильнее напыления. Устранены линейная и угловая пробуксовка.

Освоение P-кодов для синхронизации револьверов

P-коды синхронизируют движения двух револьверов: предотвращают интерференцию и сигнализируют об одновременных операциях. Пример: верхний револьвер P10, нижний P20 — верхний работает до встречи более высокого P. Если одинаковый P — работают одновременно.

При четном числе желобков оба револьвера работают одновременно (верхний у главного шпинделя, нижний у контршпинделя). Не делают pinch turning. Оценка: одновременная резка ускоряет снятие материала на 30% за счет баланса режущих сил. Начало желобков от середины участка к шпинделям оставляет запас материала на концах — жесткая поддержка, предотвращение трескотни/слома режущей пластины.

Выгода от стандартизации

Инструментальные посты

Каждый револьвер — 12 стаций (всего 24). ~2/3 редко меняются. Несколько стаций зеркалены на обоих револьверах для одновременной работы.

Желобообрабатывающие инструменты

• 3 на револьвер: 2 черновых (шире — чаще, уже — когда тесно), 1 чистовой (качество, без заусенцев, допуски <0,010" на 24" длине).

Фрезерные инструменты

• Верхний револьвер: 2 вертикальных торцевых фрезы разного диаметра в драйв-стациях для фрезерования щеек (ось Y). Уже 0,75" — на 1 вставку меньше, ниже подача.
• 5 горизонтальных драйв-стаций верхнего револьвера редко меняются: сверление, нарезание резьбы, расточка лицевой стороны.

Нижний револьвер

• Центровые сверла для лицевых сторон.
• Горизонтальные драйв-стации: вентиляционные отверстия и др.
• 2 универсальные стации: многофункциональное сверление/расточка (фаски) и крупнодиаметричная вкладышная фреза для отверстий на задней грани.

Быстрозаменяемые адаптеры Exsys/Eppinger Preci-Flex ER32

Каждый адаптер вмещает сверло/нарезку/фрезу. На наладке каждый инструмент устанавливается в адаптер и отмеряется. В производстве программа останавливается, оператор меняет инструмент в адаптере <1 мин, отмерка не нужна (оффсеты известны). Инструменты вылезают на пару дюймов дальше — проблем с клиренсом нет.

Стандартизация СОЖ

Один Castrol Syntilo 9918 для обработки и шлифовки. Планируется 8000-галлонная центральная система с единым бумажным фильтром. Постоянная производительность важнее экономии на дешевом СОЖ.

Результаты стандартизации

• Минимизация отмерки при новой работе: только несколько сверл/расточек/нарезец.
• Программисты быстро определяют потребность в доп. инструменте.
• Смена заготовки с целого дня на пару часов.

Работа с поставщиком инструмента

Рекс Лаксмор (Iscar) проактивно информирует о новинках. Рекомендация желобообрабатывающих инструментов с новым покрытием дала +30–50% ресурса. Критично для капризной M4, которая быстро закаляется при медленной/легкой резке.

Совет для подобных компаний

Цель Comp Cams — инновационные клапанные механизмы. Обработка — средство. Принять свои производственные ограничения, особенно при внедрении сложного станка типа LT-300MY. Уделить время освоению перед производственной зависимостью.

Скутер Бразерс понял: если за пару месяцев станут эффективнее, а за год достигнут полугазового уровня — не расстраиваться.

Годбольд: магазин с только классическим токарным/фрезерным опытом может успешно интегрировать сложный мультифункциональный станок, не будучи гениями обработки/программирования. Нужны крепкие отношения с поставщиками, готовыми помочь достичь целей. Найти надежных людей — это всё.