El mecanitzat CNC pot substituir la fosa i l'estampació en la fabricació d'automòbils?

1. Una comparació de les característiques del procés: Joc de tres-modes de precisió, eficiència i cost: el mecanitzat CNC és l'estàndard de precisió i versatilitat.
Amb un sistema de control numèric per ordinador, el mecanitzat CNC pot regular el moviment de l'eina fins a ± 0,01 mm i la rugositat de la superfície pot aproximar-se a Ra <0,4 μm, que és molt millor que els mètodes tradicionals de fosa i estampació. Els seus principals beneficis són:
Llibertat de disseny: pot funcionar amb superfícies complicades, estructures buides i peces desiguals com les fulles del turbocompressor, els suports de l'eix de la caixa de canvis de fibra de carboni i altres peces lleugeres sense utilitzar motlles per convertir els dibuixos en articles acabats.
Adaptabilitat dels materials: pot treballar amb una àmplia gamma de materials lleugers, com ara aliatges d'alumini, aliatges de magnesi, aliatges de titani, acers d'alta -resistencia i materials compostos. Això satisfà les diferents necessitats de qualitat de materials en la lleugeresa dels vehicles.
Producció flexible: canviar el programa CNC facilita la conversió entre models de producte. Això és ideal per fer lots petits de diferents tipus de productes, com ara el desenvolupament ràpid de nous paquets de bateries de vehicles d'energia.
Però també hi ha grans problemes amb el mecanitzat CNC:
Residus de materials: En tallar, només s'utilitzen entre el 50% i el 70% de les matèries primeres, i la resta es perd en forma d'encenall, fet que fa pujar els preus.
Com funciona la producció: es necessita molt de temps per processar una sola peça. Per exemple, el mecanitzat CNC d'un cilindre de motor d'aliatge d'alumini triga entre 4 i 8 hores, cosa que fa que sigui difícil satisfer les necessitats de la producció a gran-escala.
Cost de l'equip: els centres de mecanitzat d'enllaç de cinc-eixos i altres eines-de gamma alta són cars i necessiten operaris amb molts coneixements tècnics, la qual cosa augmenta encara més el cost per unitat.
Procés de càsting: trobar un equilibri entre una estructura complicada i un cost
La fosa és el procés d'abocar metall fos en un motlle. Es pot fer de diferents maneres, com ara fosa a sorra, fosa a pressió-i fosa a baixa-pressió. El seu valor principal està en:
Fabricació de peces amb moltes formes diferents: pot fabricar elements buits interns, parets fines-i reforçats, inclosos blocs de cilindres del motor de vehicles i carcasses de la caixa de canvis, amb un nivell de complexitat estructural molt superior al mecanitzat CNC.
Taxa d'utilització del material: s'utilitzen gairebé totes les matèries primeres, la qual cosa redueix molt els preus dels materials. Això és especialment bo per utilitzar materials lleugers com aliatges d'alumini i aliatges de magnesi a gran escala.
Eficiència en la producció: la tecnologia de-fosa a pressió pot fer un article en només 1 o 3 minuts, la qual cosa és ideal per a la producció en massa amb una producció anual de més de 100.000 peces. Per exemple, el panell inferior del cos de fosa a pressió-integrat de Tesla combina 70 peces en una, cosa que fa que la producció sigui un 300% més eficient.
Però el procés de càsting té alguns problemes:
Limitacions de precisió: la tolerància sol ser superior a ± 0,1 mm i la rugositat superficial Ra és superior o igual a 3,2 μ m, per la qual cosa la peça s'ha de mecanitzar o polir de nou.
Cost del motlle: els-motlles de colada a pressió exorbitants poden costar entre centenars de milers i milions de iuans, i la despesa desorbitada de canviar el disseny fa que sigui difícil fer lots petits.
Propietats del material: Pot haver-hi problemes amb les peces de fosa, com ara la contracció i la porositat, i les qualitats mecàniques s'han de rectificar mitjançant un tractament tèrmic o el procés d'enfortiment T6.
Procés d'estampació: una bona manera de fer peces de xapa fina
L'estampació utilitza motlles per pressionar les làmines metàl·liques, la qual cosa fa que es dobleguin a la forma adequada. És una manera habitual de fabricar peces de xapa per a cotxes.
Producció d'alta-velocitat: pot estampar desenes de vegades per minut, la qual cosa la fa útil per a la fabricació de portes d'automòbils, cobertes de motor, passos de rodes i altres peces grans.
Avantatge del cost: el cost dels motlles és baix per a tothom, i el cost per peça baixa ràpidament a mesura que augmenta la producció. Per exemple, el cost de les peces estampades per als panells interiors de les portes del cotxe pot ser tan barat com uns pocs iuans per peça.
Qualitat de la superfície: la superfície dels components estampats és llisa i no necessita cap polit addicional, que és exactament el que necessita el procés de recobriment.
Però la tecnologia d'estampació té alguns problemes, com ara:
Límit del gruix del material: només funciona en peces de xapa fina que tinguin entre 0,1 i 6 mm de gruix; no pot processar peces estructurals amb parets gruixudes.
Com de complicat és el disseny: les superfícies complexes necessiten més d'un procediment per funcionar, i la ductilitat del material limita la profunditat de l'estirada.
Cost de substitució del motlle: el redisseny del motlle per a un producte nou porta molt de temps i costa molt, per tant, no és bo per a situacions en què cal fer canvis ràpidament.
2. Què es fa a la indústria: exemples comuns de treball col·laboratiu
Cas 1: Tesla Integrated Die Casting i CNC treballen junts
El Tesla Model Y utilitza una màquina de fosa a pressió de 6.000-tones- per fer una placa inferior posterior integrada que combina 70 elements en un sol. Això fa que la producció sigui un 300% més eficient i redueix els costos un 40%. Tot i així, les peces de fosa a pressió encara necessiten mecanitzat CNC en superfícies de muntatge importants:
Compensació de precisió: un centre de mecanitzat de cinc-eixos s'utilitza per fer el mecanitzat de precisió de les peces de fosa-a pressió. Això garanteix que la bateria i el sistema de suspensió encaixin amb una precisió de ± 0,05 mm.
Reparació de defectes: solucionar problemes com ara la porositat i la contracció que poden passar durant el procés de fosa a pressió-per fer que els productes siguin més fiables.
Extensió de funció: afegir forats roscats, agulles de posicionament i altres funcions a les peces de fosa-a pressió perquè es puguin connectar ràpidament a altres peces.
Cas 2: la tecnologia CNC va fer la carrosseria de fibra de carboni de la sèrie i-de BMW
La carrosseria del BMW i3 està feta de plàstic reforçat amb fibra de carboni (CFRP) i la forma principal de fabricar-la és mitjançant mecanitzat CNC:
Tall de material pre-impregnat: la màquina de tall per làser CNC talla material pre-impregnat de fibra de carboni a la forma del disseny amb una imprecisió de menys de 0,1 mm.
Posicionament: un braç robòtic CNC posa automàticament un drap de fibra de carboni de manera que manté la direcció de la fibra en línia amb la direcció de la força, cosa que fa que l'estructura sigui més forta.
Després de l'emmotllament per compressió, el fresat CNC s'utilitza per fer forats de muntatge, guies i altres estructures a les peces de fibra de carboni. Les toleràncies es mantenen dins de ± 0,02 mm.
Cas 3: fabricació de dipòsits d'emmagatzematge d'hidrogen amb aliatge de titani per als cotxes de piles de combustible d'hidrogen de Toyota
La tapa del tanc d'emmagatzematge d'hidrogen del Toyota Mirai està feta d'aliatge de titani i està mecanitzada per CNC.
Coincidint amb les propietats dels materials: l'aliatge de titani és molt dur i no condueix bé la calor, per tant és probable que la fosa típica s'esquerde. La tecnologia de tall a baixa-temperatura fa que el mecanitzat CNC sigui estable.
Mecanitzat de precisió de la superfície de segellat: un centre de mecanitzat d'enllaç de cinc-eixos fa un mecanitzat d'ultra-precisió a la superfície de segellat de la coberta final. L'error de planitud és inferior o igual a 0,002 mm, la qual cosa manté la taxa de fuita d'hidrogen per sota de 0,1 ppm.
Verificació del disseny lleuger: el prototipat ràpid CNC pot ajudar amb el disseny d'optimització de la topologia dels tancs d'emmagatzematge d'hidrogen, que redueix el seu pes un 25% alhora que els manté forts.