Оптимизированная оснастка и стратегии обработки для деталей электромобилей

По мере ускорения бума электромобилей новые материалы используются для производства автомобильных компонентов, создавая вызовы для автопоставщиков. Вот почему поликристаллические алмазные режущие инструменты (PKD/PCD) быстро становятся лучшими друзьями автопроизводителей.

Достаточно долго автопроизводители используют алюминий для постройки машин. Фактически, автомобильный пионер Карл Бенц ввел первые алюминиевые детали двигателя в 1901 году, затем Bugatti использовал алюминиевые раму и кузов в 1908, Alfa Romeo — компрессированный алюминиевый двигатель в 1934.

С тех пор алюминий и его сплавы продолжают набирать популярность, недавний яркий пример — Ford F-150 с алюминиевым кузовом в 2015. Этот тренд вот-вот сделает гигантский скачок вперед, учитывая план General Motors предложить 30 новых моделей электромобилей к 2025, с полным уходом от ДВС через 10 лет. Остальные автопроизводители последуют за GM.

Что электрификация транспорта имеет к алюминию? Много. Там, где этот прочный легкий металл уже был фаворитом автопрома для выполнения строгих стандартов топливной эффективности, недавний опрос DuckerFrontier прогнозирует рост среднего потребления алюминия в электрических и неэлектрических авто в Северной Америке на 24% к 2030 году.

Часть этого потребления — колеса, корпуса насосов, головки блоков цилиндров, коробки передач — но постепенно расширится на поддоны батарей и компоненты электродвигателей: статоры и корпуса. Есть одна проблема: большинство кованых и деформированных алюминиевых сплавов относительно легко обрабатываются, но литые материалы в некоторых деталях могут быть очень абразивны, ведущие к низкому ресурсу инструмента и увеличению простоев. Учитывая слависто высокие производственные объемы автопрома, это серьезная тревога для автопроизводителей и их поставщиков 1-го уровня.

Решение сложных вопросов

К счастью, есть материал режущего инструмента, способный на задачу. Это поликристаллический алмаз (PCD), и как указывает جيرald Фитч, специалист по авто-приложениям Kyocera Precision Tools, существует широкий ассортимент напаянных PKD-сверл и фрез, индексние резаки и кастомные решения — все служат снижению затрат и росту продуктивности для любого цеха, регулярно обрабатывающего алюминий.

«Для автопроизводителя стоимость на режущую кромку — всё, и даже если PKD-инструмент стоит в 10 раз дороже карбидного аналога, более короткое время цикла и гораздо больший ресурс больше чем компенсируют разницу в цене», — говорит он.

Фитч указывает на фрезы MFAH и MEAS компании как на два возможных решения. Оба дают низкие силы резания, минимизируя заусенцы и сколы на заготовке, генерируя высокое качество финиша — всё критично в высокообъемной алюминиевой обработке. Индексние инструменты вроде этих также подходят для фрезеровки верхних плоскостей блоков цилиндров, где присутствуют чугунные или порошковые гильзы — распространенная, но сложная задача в авторынке.

Глубокое растачивание

Рик Уит видит те же вызовы. Менеджер по продуктам и инженерный супервайзер подразделения PKD/PCBN Guhring Inc., он отмечает: допуски и чистота поверхности автодеталей часто очень строги, и в случае статорных отверстий электродвигателей ожидаются большие соотношения длины к диаметру.

«Пример — статорное отверстие электродвигателя, диаметр обычно хорошо более 200 мм (7,87 дюйма) и глубина, возможно, 1–1,5 от диаметра», — говорит Уит. «Подход к обработке похож на обычный корпус КПП, который может требовать еще больший вынос. Это требует трехступенчатого процесса: черновая, полуфинишная, финишная растачивательная операции. Разница — в материале корпуса инструмента и системе регулировки».

Решение Guhring для этой детали — кастомная фреза, корпус которой, несколько иронично, сам из алюминия. Растачивательный инструмент имеет HSK-интерфейс и оснащен шестью и более PKD-вставками, каждая в регулируемом картридже для контроля размера. «Как часто бывает с авто-режущим инструментом, это полноценный спец-инструмент, позволяющий обработать множественные диаметры и элементы детали одним инструментом», — говорит Уит.

Более высокая подача с PKD

Чад Хэфлингер — менеджер по продуктам PKD/PCBN Kennametal Inc. Он объясняет: автопроизводители десятилетиями используют PKD-оснастку для улучшения алюминиевой обработки, но их поставщики 1-го уровня отставали долгое время. Всё изменилось за последние годы благодаря широкой доступности относительно дешевых ЧПУ-станков с более высокими оборотами и подачами, нужными для PKD, делая его высокую продуктивность доступной даже для малых цехов.

Другое изменение — развитие так называемой «венозной» (veined) PKD-оснастки. «ПКД в большинстве режущих инструментов производится из плоского блинка, вырезаемого и напаянного на карбидный субстрат», — говорит Хэфлингер. «Недостаток: нельзя сделать изогнутую форму как с карбидными инструментами. С венозной технологией ПКД синтерируется в изогнутые пазы в подготовленном карбидном заготовке, позволяя использовать в спиральных сверлах и фрезах».

Хэфлингер также отмечает: алюминий не единственная игра в автогороде. Растущее число производителей поворачивается к углеродопластику (CFRP) и другим композитам для панелей кузова, рамы, бамперов, и в случае электромобилей — поддонов батарей. Здесь снова PKD-оснастка — первый и иногда единственный выбор для обработки этих авиационного класса материалов.

«CFRP не только абразивен, но и склонен к сколам и расслоению», — говорит он. «Именно поэтому венозная PKD-оснастка часто предпочтительна для этих материалов, особенно в авиации, но и в авто. Вы получаете экстремальную износостойкость ПКД вместе с более гибкими геометрическими опциями, устраняющими некоторые проблемы при обработке композитов и некоторых алюминиевых сплавов».

Какие шаги вы предпринимаете для ускорения возможностей производства электромобилей? Делитесь мыслями в комментариях.

Использование лучшей оснастки и стратегий обработки для автодеталей

По мере ускорения бума электромобилей новые материалы используются для производства автомобильных компонентов, создавая вызовы для автопоставщиков. К счастью, есть материал режущего инструмента, способный на задачу: поликристаллический алмаз, или PKD. Какие шаги вы предпринимаете для ускорения возможностей производства электромобилей? Проголосуйте в опросе, чтобы поделиться мнением.

Как вы справляетесь с обработкой алюминиевых сплавов?