Voiko CNC-koneistus korvata valun ja leimaamisen autoteollisuudessa?

1. Prosessin ominaisuuksien vertailu: Kolmisuuntainen tarkkuus, tehokkuus ja hinta: CNC-koneistus on tarkkuuden ja monipuolisuuden standardi.
Tietokoneen numeerisen ohjausjärjestelmän avulla CNC-työstö voi säätää työkalun liikettä ± 0,01 mm:n tarkkuudella ja pinnan karheus voi lähestyä arvoa Ra < 0,4 μm, mikä on paljon parempi kuin perinteiset valu- ja meistomenetelmät. Sen tärkeimmät edut ovat:
Suunnittelun vapaus: Se voi työskennellä monimutkaisten pintojen, onttojen rakenteiden ja epätasaisten kappaleiden, kuten turboahtimen siipien, hiilikuituvaihteiston akselin kannakkeiden ja muiden kevyiden osien kanssa ilman muotteja muuttamaan piirustuksista valmiita esineitä.
Materiaalien mukautuvuus: Se voi toimia useiden kevyiden materiaalien kanssa, mukaan lukien alumiiniseokset, magnesiumseokset, titaaniseokset, lujat teräkset ja komposiittimateriaalit. Tämä täyttää erilaiset materiaalilaadun tarpeet ajoneuvojen kevyessä painossa.
Joustava tuotanto: CNC-ohjelman vaihtaminen helpottaa muuntamista tuotemallien välillä. Tämä sopii erinomaisesti pienten erien valmistukseen erityyppisiä tuotteita, kuten uusien energiaajoneuvojen akkupakkausten nopeaan kehittämiseen.
Mutta CNC-työstyksessä on myös suuria ongelmia:
Materiaalihävikki: Leikkauksessa raaka-aineista käytetään vain 50-70 % ja loput häviävät hakkeena, mikä nostaa hintoja.
Kuinka hyvin tuotanto toimii: Yhden kappaleen käsittely kestää kauan. Esimerkiksi alumiiniseosmoottorin sylinterin CNC-työstö kestää 4–8 tuntia, mikä vaikeuttaa suuren mittakaavan tuotannon tarpeita.
Laitteiston hinta: Viisi-akselinen linkitystyöstökeskus ja muut huippuluokan-työkalut ovat kalliita ja tarvitsevat käyttäjiä, joilla on paljon teknistä tietämystä, mikä nostaa yksikköhintaa entisestään.
Valuprosessi: tasapainon löytäminen monimutkaisen rakenteen ja kustannusten välillä
Valu on prosessi, jossa sulaa metallia kaadetaan muottiin. Se voidaan tehdä eri tavoilla, kuten hiekkavalulla, paine-valulla ja matalapainevalulla-. Sen pääarvo on:
Monimuotoisten osien valmistaminen: Se voi valmistaa sisäisiä onttoja, ohutseinäisiä ja vahvistettuja esineitä, mukaan lukien ajoneuvojen moottorin sylinterilohkoja ja vaihteistokoteloita, joiden rakenne on paljon korkeampi kuin CNC-työstö.
Materiaalien käyttöaste: Lähes kaikki raaka-aineet käytetään, mikä alentaa materiaalihintoja huomattavasti. Tämä on erityisen hyvä käytettäessä kevyitä materiaaleja, kuten alumiiniseoksia ja magnesiumseoksia suuressa mittakaavassa.
Tehokkuus tuotannossa: Painevaluteknologialla voidaan valmistaa yksi tuote vain 1–3 minuutissa, mikä sopii erinomaisesti massatuotantoon, jonka vuosituotanto on yli 100 000 kappaletta. Esimerkiksi Teslan integroitu paine{6}}valettu rungon pohjapaneeli yhdistää 70 osaa yhdeksi, mikä tekee tuotannosta 300 % tehokkaampaa.
Mutta valuprosessissa on joitain ongelmia:
Tarkkuuden rajoitukset: Toleranssi on yleensä yli ± 0,1 mm ja pinnan karheus Ra on suurempi tai yhtä suuri kuin 3,2 μm, joten kappale on koneistettava tai kiillotettava uudelleen.
Muotin hinta: kohtuuttomat{0}}painevalumuotit voivat maksaa satoja tuhansia - miljoonia yuaneja, ja rakenteen muuttamisesta aiheutuvat kohtuuttomat kustannukset vaikeuttavat pienten erien valmistamista.
Materiaalin ominaisuudet: Valukappaleissa voi esiintyä ongelmia, kuten kutistumista ja huokoisuutta, ja mekaaniset ominaisuudet on korjattava lämpökäsittelyllä tai T6-vahvistusprosessilla.
Leimausprosessi: hyvä tapa tehdä ohuita metallilevyosia
Leimaamisessa käytetään muotteja paineistamaan metallilevyjä, mikä saa ne taipumaan oikeaan muotoon. Se on yleinen tapa valmistaa metalliosia autoihin.
Nopea{0}}tuotanto: voi leimata kymmeniä kertoja minuutissa, joten se sopii autonovien, moottorinpeltien, pyöränkaarien ja muiden suurten osien valmistukseen.
Kustannusetu: Muottien kustannukset ovat alhaiset kaikille, ja kappalekohtainen hinta laskee nopeasti tuotannon kasvaessa. Esimerkiksi auton ovien sisäpaneelien leimattujen osien hinta voi olla jopa muutama yuan kappaleelta.
Pinnan laatu: Leimattujen komponenttien pinta on sileä eikä vaadi ylimääräistä kiillotusta, mikä on juuri sitä mitä pinnoitusprosessi tarvitsee.
Mutta leimaustekniikassa on joitain ongelmia, kuten:
Materiaalin paksuuden rajoitus: toimii vain ohuissa levyosissa, joiden paksuus on 0,1–6 mm; se ei voi käsitellä rakenneosia, joissa on paksut seinät.
Suunnittelun monimutkaisuus: Monimutkaiset pinnat vaativat useamman kuin yhden toimenpiteen toimiakseen, ja materiaalin taipuisuus rajoittaa vetovoiman ulottuvuutta.
Muotin vaihtokustannukset: Muotin uudelleensuunnittelu uudelle tuotteelle kestää kauan ja maksaa paljon, joten se ei ole hyvä tilanteisiin, joissa muutoksia on tehtävä nopeasti.
2. Mitä alalla tehdään: Yleisiä esimerkkejä yhteistyöstä
Tapaus 1: Teslan integroitu painevalu ja CNC toimivat yhdessä
Tesla Model Y käyttää 6000 -tonnia painavaa painevalukonetta- integroidun takapohjalevyn valmistamiseen, joka yhdistää 70 elementtiä yhdeksi. Tämä tekee tuotannosta 300 % tehokkaampaa ja alentaa kustannuksia 40 %. Silti painevaluosat tarvitsevat edelleen CNC-työstöä tärkeillä kokoonpanopinnoilla:
Tarkkuuskompensointi: Viisi-akselista työstökeskusta käytetään painevaluosien-tarkkuustyöstöön. Tämä varmistaa, että akkupaketti ja jousitusjärjestelmä sopivat yhteen ± 0,05 mm:n tarkkuudella.
Vian korjaus: Korjaa ongelmat, kuten huokoisuus ja kutistuminen, joita saattaa ilmetä painevalun aikana-, jotta tuotteet ovat luotettavampia.
Toiminnon laajennus: Kierrereikien, kohdistustappien ja muiden ominaisuuksien lisääminen painevalukappaleisiin-, jotta ne voidaan liittää nopeasti muihin osiin.
Tapaus 2: CNC-teknologia teki BMW i--sarjan hiilikuiturungosta
BMW i3:n runko on valmistettu hiilikuituvahvisteisesta muovista (CFRP), ja pääasiallinen valmistustapa on CNC-työstö:
Esi-kyllästetyn materiaalin leikkaaminen: CNC-laserleikkauskone leikkaa hiilikuitu-esikyllästetyn materiaalin mallin muotoon alle 0,1 mm:n epätarkkuudella.
Asemointi: CNC-robottivarsi laskee automaattisesti hiilikuitukankaan siten, että kuidun suunta pysyy linjassa voiman suunnan kanssa, mikä tekee rakenteesta vahvemman.
Puristusmuovauksen jälkeen CNC-jyrsinnällä tehdään asennusreiät, ohjauskiskot ja muut rakenteet hiilikuituosiin. Toleranssit pidetään ± 0,02 mm:n sisällä.
Tapaus 3: Vetysäiliöiden valmistaminen titaaniseoksesta Toyotan vetypolttokennoautoihin
Toyota Mirain vetysäiliön päätykansi on valmistettu titaaniseoksesta ja se on CNC-koneistettu.
Materiaalien ominaisuuksien yhteensopivuus: Titaaniseos on erittäin kovaa eikä johda lämpöä hyvin, joten tyypillinen valukappale todennäköisesti halkeilee. Matala-lämpötilan leikkaustekniikka tekee CNC-työstyksestä vakaata.
Tiivistyspinnan tarkkuustyöstö: Viisi-akselinen linkitystyöstökeskus tekee ultratarkkuustyöstön päätykannen tiivistepinnassa. Tasaisuusvirhe on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,002 mm, mikä pitää vedyn vuotonopeuden alle 0,1 ppm.
Kevyt suunnittelun tarkastus: CNC-pikaprototyyppien tekeminen voi auttaa vetysäiliöiden topologian optimoinnissa, mikä vähentää niiden painoa 25 % ja pitää ne vahvoina.