Geoptimaliseerde Tooling & Bewerkingsstrategieën voor Elektrische Voertuig Onderdelen

Naarmate de elektrische voertuig boom versnelt, worden nieuwe materialen gebruikt om voertuigcomponenten te produceren, wat een bewerkingsuitdaging presenteert voor automobielleveranciers. Hier is waarom polycristijne diamant snijgereedschappen snel een automaker's beste vriend worden.

Zolang er auto's zijn, hebben automakers aluminium gebruikt om ze te bouwen. In feite, automobielpionier Carl Benz introduceerde de eerste aluminium motoronderdelen in 1901, gevolgd door Bugatti's gebruik van aluminium chassis- en carrosseriecomponenten in 1908 en Alfa Romeo's supergeladen motor in 1934, ook aluminium.

Sindsdien zijn aluminium en de vele legeringen ervan in populariteit gestegen, een van de meer recente en opvallende voorbeelden is Ford Motor Co.'s introductie van een aluminium carrosserie F-150 pickup truck in 2015. Deze trend staat op het punt een massive sprong voorwaarts te maken, echter, gegeven General Motors' plan om 30 nieuwe elektrische voertuig (EV) modellen te bieden tot 2025, gevolgd door de totale eliminatie van interne verbrandingsmotoren (IC) 10 jaar daarna. Andere automakers zullen zeker in GM's baanbrekende pad volgen.

Wat heeft voertuigelektrificatie met aluminium te maken? Erg veel. Waar dit sterke maar lichte metaal al een lieveling was van de auto-industrie voor zijn nuttige rol in het voldoen aan strenge brandstof-efficiëntie standaarden, suggereert een recent onderzoek door onderzoeksfirma DuckerFrontier dat het gemiddelde aluminiumgebruik in elektrische en niet-elektrische voertuigen in Noord-Amerika verwacht wordt met 24 procent te stijgen tot 2030.

Een deel van deze consumptie zal te wijten zijn aan de wielen, pomphuizen, cilinderkoppen en transmissiebehuizingen al in gebruik, maar zal geleidelijk uitbreiden om batterybakken en elektrische motorcomponenten zoals statoren en behuizingen te omvatten. Er is slechts één probleem: Waar de meeste gesmeedde en gewalste aluminiumlegeringen relatief makkelijk te bewerken zijn, kunnen de gegoten materialen die in sommige van deze onderdelen gebruikt worden, zeer abrasief zijn, wat leidt tot slechte toollevensduur en verhoogde downtime. Gezien de beruchte hoge productievolumes van de industrie, lijkt dit een serieuze zorg voor automakers en hun tier-leveranciers te presenteren.

Harde Vragen Aanklagen

Gelukkig is er een snijgereedschapmateriaal op de taak. Het heet polycristijne diamant (PCD), en zoals Gerald Fitch, automotive application specialist bij Kyocera Precision Tools wijst, is er een breed scala aan gebrazede PCD booren en frezen beschikbaar alsook indexeerbare frezen en custom oplossingen, die allemaal dienen om kosten te verlagen en productiviteit te verhogen voor elke shop die routinematig aluminium bewerkt.

"Voor een automaker is kosten per snijde alles, en hoewel een PCD tool 10 keer zijn hardmetaalequivalent kan kosten, compenseert de kortere cyclusduur en de aanzienlijk verhoogde toollevensduur die het biedt de prijsverschil ruimschoots," zegt hij.

Fitch wijst op de MFAH en MEAS frezen van het bedrijf als twee mogelijke oplossingen. Beiden bieden lage snijkrachten die gratten en werkstukscheuring minimaliseren terwijl ze een hoge-kwaliteit afwerking genereren, wat allemaal cruciaal is in hoog-volume aluminiumbewerking. Indexeerbare tools zoals deze zijn ook geschikt voor het frezen van de toplagen van motorblokken waar gietijzer of poedermetaal cilinderlijnen aanwezig zijn, een veelvoorkomende maar uitdagende situatie in de automobielmarkt.

Diep Boren

Rick With ziet veel van dezelfde uitdagingen. De productmanager en engineering supervisor voor Guhring Inc.'s PCD/PCBN afdeling, wijst erop dat automobiele onderdeeltoleranties en oppervlakteafwerkingen vaak redelijk streng zijn, en in het geval van elektrische motor statorboorgaten, kunnen ook lange lengte-tot-diameter verhoudingen verwacht worden.

"Een voorbeeld zou de statorboorgaat in een elektrische motor zijn, die typisch meer dan 200 millimeter in diameter (7,87 inch) kan meten en misschien 1 tot 1,5 keer die in diepte," zegt With. "De bewerkingsbenadering is heel vergelijkbaar met die van een conventionele transmissiebehuizing, die eigenlijk significant meer bereik kan vereisen. Dit vereist een dried-staps bewerkingsproces met ruw, half-afwerk, en afwerk booroperaties. Het verschil hier is het tool lichaamsmateriaal en afstelsysteem."

Guhring's oplossing voor dit specifieke onderdeel was een custom frees wiens lichaam, enigszins ironisch, zelf van aluminium gemaakt is. De boortool heeft een HSK-spindelinterface en is uitgerust met zes of meer PCD inserten, elk gemonteerd in een verstelbare kartus voor maatcontrole. "Zoals gebruikelijk is met veel automobiele snijgereedschappen, was dit een full-blown special waar u meerdere diameters en onderdeelkenmerken met één tool kunt bewerken," zegt With.

Sneller Voeden met PCD

Chad Hefflinger is de PCD/PCBN productmanager voor Kennametal Inc. Hij legt uit dat, hoewel automakers PCD tooling al decennia gebruiken om hun aluminiumbewerkingsoperaties te verbeteren, hun Tier-leveranciers daarachter zijn gebleven voor een groot deel van die tijd. Dat is allemaal veranderd de afgelopen jaren gegeven de wijdverspreide beschikbaarheid van relatief laagkost CNC-machinerie die de hogere spindelsnelheden en voedsnelheden voor PCD bostelt, wat de grotere productiviteit binnen bereik brengt van zelfs de kleinste shops.

Een ander ding dat veranderd is, is de ontwikkeling van zogenaamde "geaderde" PCD tooling. "De PCD in de meeste snijgereedschappen wordt geproduceerd uit een plate puck dat uitgeknipt en gebrazed wordt op een hardmetaalsubstraat," zegt Hefflinger. "Het nadeel hier is dat u geen gebogen vorm kunt maken zoals met hardmetaal snijgereedschappen. Met geaderde tooling, wordt de PCD echter gesinterd in gebogen sleuven binnen een voorbereide hardmetaal blank, wat het toelaat om gebruikt te worden in helicale booren en frezen."

Hefflinger suggereert ook dat aluminium niet het enigste spel in automobielstad is. Een toenemend aantal fabrikanten keert zich toe naar koolstofvezel versterkte kunststof (CFRP) en andere composieten voor carrosseriepanelen, framecomponenten, bumpers, en in het geval van elektrische voertuigen, batterybakken. Hier weer is PCD tooling de eerste en soms enige keuze voor het bewerken van deze luchtvaartkwaliteit materialen.

"CFRP is niet alleen redelijk abrasief maar ook gevoelig voor scheuring en delaminatie," zegt hij. "Dit is deel van de reden waarom geaderde PCD tooling vaak geprefereerd wordt voor deze materialen, met name in de luchtvaartindustrie maar ook met auto's tot een bepaalde mate. U krijgt de extreme slijtvastheid van PCD samen met meer flexibele geometrie-opties, wat helpt om een aantal van de problemen te elimineren die tegenkomen bij het bewerken van composieten alsook sommige aluminiumlegeringen."

Wat voor stappen onderneemt u om uw elektrische voertuig productiemogelijkheden te versnellen? Deel uw gedachten en inzichten in de reacties hieronder.

Het Gebruik van de Beste Tooling en Bewerkingsstrategieën voor Auto-onderdelen

Naarmate de elektrische voertuig (EV) boom versnelt, worden nieuwe materialen gebruikt om voertuigcomponenten te produceren, wat een bewerkingsuitdaging presenteert voor automobielleveranciers. Gelukkig is er een snijgereedschapmateriaal op de taak: polycristijne diamant, of PCD. Wat voor stappen onderneemt u om uw EV productiemogelijkheden te versnellen? Doe mee aan onze poll om uw inzichten over dit onderwerp te delen.

Hoe beheert u het bewerken van aluminiumlegeringen?