Czy obróbka CNC może zastąpić odlewanie i tłoczenie w produkcji samochodów?

1. Porównanie cech procesu:-Trójstronna gra dotycząca dokładności, wydajności i kosztów: obróbka CNC to standard dokładności i wszechstronności.
Dzięki komputerowemu systemowi sterowania numerycznego obróbka CNC może regulować ruch narzędzia z dokładnością do ± 0,01 mm, a chropowatość powierzchni może sięgać Ra < 0,4 μm, co jest znacznie lepszym wynikiem niż tradycyjne metody odlewania i tłoczenia. Jego główne zalety to:
Swoboda projektowania: może pracować ze skomplikowanymi powierzchniami, pustymi konstrukcjami i nierównymi elementami, takimi jak łopatki turbosprężarki, wsporniki wału skrzyni biegów z włókna węglowego i inne lekkie części bez użycia form do przekształcania rysunków w gotowe elementy.
Możliwość dostosowania materiałów: może pracować z szeroką gamą lekkich materiałów, w tym stopami aluminium, stopami magnezu, stopami tytanu,-stalami o wysokiej wytrzymałości i materiałami kompozytowymi. Spełnia to różne wymagania dotyczące jakości materiałów w zakresie lekkości pojazdów.
Elastyczna produkcja: Zmiana programu CNC ułatwia konwersję pomiędzy modelami produktów. Jest to idealne rozwiązanie do wytwarzania małych partii różnych typów produktów, na przykład do szybkiego opracowywania nowych akumulatorów do pojazdów energetycznych.
Ale są też duże problemy z obróbką CNC:
Marnotrawstwo materiałów: Podczas cięcia zużywa się tylko 50% do 70% surowców, a reszta jest tracona w postaci wiórów, co podnosi ceny.
Jak dobrze przebiega produkcja: Przetworzenie pojedynczego elementu zajmuje dużo czasu. Na przykład obróbka CNC cylindra silnika ze stopu aluminium zajmuje od 4 do 8 godzin, co utrudnia zaspokojenie potrzeb produkcji-na dużą skalę.
Koszt sprzętu: centra obróbcze z pięcioma-osiami i inne-najwyższej klasy narzędzia są drogie i wymagają operatorów z dużą wiedzą techniczną, co jeszcze bardziej podnosi koszt jednostkowy.
Proces odlewania: znalezienie równowagi pomiędzy skomplikowaną konstrukcją a kosztami
Odlewanie to proces wlewania stopionego metalu do formy. Można to zrobić na różne sposoby, np. odlewanie w piasku,-odlewanie pod ciśnieniem i odlewanie pod niskim-ciśnieniem. Jego główną wartością jest:
Wykonywanie części o wielu różnych kształtach: umożliwia wytwarzanie pustych w środku,-cienkich i wzmocnionych elementów, w tym bloków cylindrów silników pojazdów i obudów skrzyń biegów, o poziomie złożoności konstrukcji znacznie wyższym niż obróbka CNC.
Stopień wykorzystania materiału: Wykorzystuje się prawie wszystkie surowce, co znacznie obniża ceny materiałów. Jest to szczególnie przydatne w przypadku stosowania na dużą skalę lekkich materiałów, takich jak stopy aluminium i stopy magnezu.
Wydajność produkcji:-technologia odlewania ciśnieniowego pozwala wyprodukować jeden przedmiot w zaledwie 1–3 minuty, co doskonale sprawdza się w przypadku produkcji masowej z roczną produkcją przekraczającą 100 000 sztuk. Na przykład zintegrowany dolny panel-odlewanego korpusu Tesli składa się z 70 elementów w jedną, co sprawia, że ​​produkcja jest o 300% wydajniejsza.
Ale proces odlewania wiąże się z pewnymi problemami:
Ograniczenia dokładności: Tolerancja wynosi zwykle więcej niż ± 0,1 mm, a chropowatość powierzchni Ra jest większa lub równa 3,2 μm, dlatego część musi zostać ponownie obrobiona lub wypolerowana.
Koszt formy: wygórowane-formy do odlewania ciśnieniowego mogą kosztować od setek tysięcy do milionów juanów, a wygórowane koszty zmiany projektu utrudniają produkcję małych partii.
Właściwości materiału: Mogą występować problemy z odlewami, takie jak skurcz i porowatość, a właściwości mechaniczne wymagają poprawy poprzez obróbkę cieplną lub proces wzmacniania T6.
Proces tłoczenia: dobry sposób na wykonanie cienkich części z blachy
W procesie tłoczenia formy wywierają nacisk na blachy, co powoduje ich wygięcie do odpowiedniego kształtu. Jest to powszechny sposób wytwarzania części blaszanych do samochodów.
Produkcja-z dużą szybkością: może stemplować dziesiątki razy na minutę, dzięki czemu nadaje się do produkcji drzwi samochodowych, pokryw silnika, nadkoli i innych dużych części.
Przewaga kosztowa: Koszt form jest niski dla wszystkich, a koszt jednostkowy szybko spada wraz ze wzrostem produkcji. Na przykład koszt tłoczonych części do wewnętrznych paneli drzwi samochodowych może wynosić zaledwie kilka juanów za sztukę.
Jakość powierzchni: Powierzchnia tłoczonych elementów jest gładka i nie wymaga dodatkowego polerowania, a tego właśnie wymaga proces powlekania.
Jednak technologia tłoczenia ma pewne problemy, takie jak:
Ograniczenie grubości materiału: działa tylko w przypadku cienkich części blaszanych o grubości od 0,1 do 6 mm; nie może przetwarzać elementów konstrukcyjnych o grubych ścianach.
Jak skomplikowany jest projekt: złożone powierzchnie wymagają więcej niż jednej procedury, a plastyczność materiału ogranicza głębokość naciągania.
Koszt wymiany formy: Przeprojektowanie formy na nowy produkt zajmuje dużo czasu i sporo kosztuje, dlatego nie jest dobre w sytuacjach, gdzie trzeba szybko dokonać zmian.
2. Co się robi w branży: typowe przykłady wspólnej pracy
Przypadek 1: Zintegrowane odlewanie ciśnieniowe Tesli i CNC współpracują ze sobą
Tesla Model Y wykorzystuje 6000-tonową-maszynę do odlewania ciśnieniowego, aby wytworzyć zintegrowaną tylną płytę dolną, która łączy 70 elementów w jeden. Dzięki temu produkcja jest o 300% bardziej wydajna i obniża koszty o 40%. Mimo to części odlewane ciśnieniowo nadal wymagają obróbki CNC na ważnych powierzchniach montażowych:
Precyzyjna kompensacja: pięcioosiowe-centrum obróbcze służy do precyzyjnej obróbki-części odlewanych ciśnieniowo. Dzięki temu akumulator i układ zawieszenia pasują do siebie z dokładnością ± 0,05 mm.
Naprawa defektów: usuwanie problemów, takich jak porowatość i skurcz, które mogą wystąpić podczas-procesu odlewania ciśnieniowego, aby zwiększyć niezawodność produktów.
Rozszerzenie funkcji: dodanie gwintowanych otworów, kołków pozycjonujących i innych elementów do-odlewanych elementów, aby można je było szybko połączyć z innymi częściami.
Przypadek 2: Nadwozie BMW serii i-z włókna węglowego wykonano w technologii CNC
Nadwozie BMW i3 wykonane jest z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem węglowym (CFRP), a głównym sposobem jego wykonania jest obróbka CNC:
Cięcie-wcześniej impregnowanego materiału: laserowa maszyna do cięcia CNC tnie wstępnie-impregnowany materiał z włókna węglowego do kształtu projektu z dokładnością mniejszą niż 0,1 mm.
Pozycjonowanie: Ramię robota CNC automatycznie układa tkaninę z włókna węglowego w taki sposób, aby kierunek włókien był zgodny z kierunkiem siły, co wzmacnia konstrukcję.
Po formowaniu tłocznym, frezowanie CNC służy do wykonywania otworów montażowych, szyn prowadzących i innych konstrukcji w częściach z włókna węglowego. Tolerancje mieszczą się w granicach ± ​​0,02 mm.
Przypadek 3: Produkcja zbiorników wodoru ze stopu tytanu do samochodów Toyoty z wodorowymi ogniwami paliwowymi
Zaślepka zbiornika wodoru w Toyocie Mirai jest wykonana ze stopu tytanu i obrabiana CNC.
Dopasowanie właściwości materiałów: Stop tytanu jest bardzo twardy i słabo przewodzi ciepło, dlatego typowy odlew może pękać. Technologia cięcia w niskiej-temperaturze zapewnia stabilność obróbki CNC.
Precyzyjna obróbka powierzchni uszczelniającej: pięcioosiowe-centrum obróbcze łączące wykonuje-ultraprecyzyjną obróbkę powierzchni uszczelniającej pokrywy końcowej. Błąd płaskości jest mniejszy lub równy 0,002 mm, co utrzymuje współczynnik wycieku wodoru poniżej 0,1 ppm.
Weryfikacja lekkiej konstrukcji: szybkie prototypowanie CNC może pomóc w projektowaniu optymalizacji topologii zbiorników wodoru, co zmniejsza ich wagę o 25%, zachowując jednocześnie wytrzymałość.