Hoe aluminiumbewerking in de auto-industrie te optimaliseren?

Nu de automobielsector steeds meer gebruik maakt van motor-, aandrijflijn-, waterpomp- en remsysteemonderdelen vervaardigd uit aluminium, is de uitdaging voor OEM's en hun supply chain-partners om productievere freesbewerkingen te leveren. Gereedschapsselectie is de sleutel tot echte marktdifferentiatie in dit segment, waar de juiste toepassing van geoptimaliseerde frezen in het hele scala van bewerkingen van motorcomponenten aanzienlijke voordelen kan opleveren.

Het aantal geproduceerde aluminium motoren blijft jaar op jaar stijgen, zowel voor conventionele als hybride personenauto's. In feite worden er nu elk jaar bijna 100 miljoen geproduceerd. Deze motoren bevatten onderdelen die vaak een complexe vorm hebben en die na het gieten een opeenvolging van gevarieerde maar essentiële freesbewerkingen vereisen.

Sandvik Coromant heeft nu een compleet aanbod voor het machinaal bewerken van aluminium in de auto-industrie, van de eerste fase tot kubusvorming, via voorbewerken, semi-nabewerken en nabewerken. Elk ontwikkeld freesgereedschap, vijf in totaal, is ontworpen om optimale kwaliteit en kosten per onderdeel te leveren. Om dit laatste te helpen bereiken, vervullen bepaalde gereedschappen in het assortiment een combinatie van taken, zoals het uitvoeren van zowel voorbewerken als nabewerken in één bewerking om de cyclustijden te verkorten.

Een voorbeeld hiervan is de M5C90, een innovatieve frees die voorbewerken en semi-nabewerken in één tool. De M5C90 is een high-speed vlakfreesgereedschap dat op maat is gemaakt om lange insteltijden bij de klant te elimineren. M5C90 werkt met een kleiner aantal tanden in vergelijking met conventionele frezen, voornamelijk als gevolg van de unieke radiale en axiale wisselplaatpositionering op de afwerkrij/binnendiameter (er is geen wisselplaataanpassing vereist). Deze positionering zorgt voor braamvrij frezen en optimale oppervlakteafwerking op cilinderkoppen, cilinderblokken, remsysteemonderdelen en alle aluminium componenten waar een brede freesinschakeling kan worden bereikt (niet van toepassing op dunwandige delen).

Om een ​​voorbeeld te geven van de potentiële voordelen die het gebruik van de M5C90 biedt, kunt u een lopende klantcase-test overwegen met een remsysteemklep gemaakt van AlSi12Cu1. Met een buitendiameter van 10 hardmetalen wisselplaten en een binnendiameter van vier wisselplaten (plus één wiper wisselplaat), wordt het gereedschap ingezet met een spilsnelheid van 8000 tpm, een snijsnelheid van 4021 m/min. (13.192 ft./min.) en een voeding van 0,25 mm/tand (0,009 in./tand). Bovendien is de axiale snedediepte 2 mm (0,078 inch) met een radiale snedediepte van 140 mm (5,51 inch), wat resulteert in een verspaningssnelheid van 5600 cm ³ /min. (342 inch. ³ /min.). Hoewel de totale levensduur van het gereedschap nog moet worden bepaald, bevindt hetzelfde gereedschap zich na 18 maanden gebruik nog steeds in de machine.

Voor degenen die een frees nodig hebben die ook dunwandige aluminium onderdelen kan afwerken, zoals tandwielkasten en behuizingen, heeft Sandvik Coromant een andere frees die even effectief is, de M5F90. De M5F90 is een ander one-shot voor- en nabewerkingsgereedschap. Het freeslichaam (25-80 mm, 0,98-3,15 inch in diameter) is bedoeld voor het bewerken van dunwandige aluminium onderdelen en voor spotgerichte bewerkingen en bevat gesoldeerde PCD-punten. Elke punt bevat zowel een opruwrand als een afwerkrand. Het voorbewerkingsgebied werkt als een conventioneel freesgereedschap, met alle snijkanten op dezelfde diameter en hoogte, terwijl het nabewerkingsgebied bestaat uit radiaal en axiaal getrapte snijkanten. Dit concept maakt een nauwe spoed mogelijk voor een braamvrije bewerking en een uitstekende oppervlakteafwerking. In de korte video hieronder toont Sandvik de M5-serie frezen voor het bewerken van aluminium in de automobielindustrie.

Indrukwekkende tijdsbesparingen zijn mogelijk, zoals blijkt uit een proef met een klantcase waarbij het vlakfrezen van een aluminium (hoog Si-gehalte) cilinderkop betrokken was. Hier zorgde het gebruik van M5F90 tegen een speciale PCD-snijder van een concurrent niet alleen voor een besparing van 150% cyclustijd, maar elimineerde het ook de vorming van bramen. Snijgegevens inbegrepen:15.915 RPM spiltoerental; 2000 m/min. (6562 ft./min.) snijsnelheid; een voedingssnelheid van 0,16 mm/tand (0,006 inch/tand); en 1,5 mm (0,06 in.) snedediepte.

In een ander M5F90-voorbeeld werd een cyclustijdreductie van 44% bereikt op een aluminium kettingkast in vergelijking met het gebruik van een indexeerbare frees met een diameter van 63 mm (2,48 in.) van een concurrent met zes PCD-wisselplaten. Bovendien elimineerde de oplossing een eerder vereiste borstelontbraambewerking.

Een ander nieuw ontwikkeld gereedschap is de M610, die is ontwikkeld om het dekvlak/de bovenkant van motorcilinderblokken te frezen met bi-metalen interfaces, typisch aluminium en grijs gietijzer (CGI).

Een reeks thermische en mechanische eigenschappen zorgt voor uitdagende bewerkingen als het gaat om bimetaalmaterialen. Bestaande frezen voor deze toepassing zijn complex en moeten worden afgesteld, wat resulteert in een gecompromitteerde doorvoersnelheid. Bovendien veroorzaken dergelijke tools vaak chipping op de GCI-gedeelten van het onderdeel.

De M610 daarentegen vereist geen installatie en geen aanpassing, en resulteert in het potentieel om hoge voedingssnelheden te implementeren zonder afbrokkelen, bramen of krassen van onderdelen. Dit vermogen is belangrijk omdat onvolkomenheden aan het oppervlak lekkage tussen het cilinderblok en de kop kunnen veroorzaken, wat op zijn beurt het vermogen en de prestaties in gevaar brengt. Sommige wereldwijde auto-OEM's profiteren al van de invoering van M610.

Om te verwijzen naar een bepaalde klant, is er een enorme concurrentiewinst behaald bij het afwerken van het verbrandingsvlak op bi-metalen motorblokken. In vergelijking met de verstelbare frees met cartridges van een concurrent, behaalde de M610 een verbetering van de standtijd van 833%, waarmee meer dan 4000 onderdelen werden voltooid, in vergelijking met de 480 van de concurrent. Bovendien presteerde de M610 10 keer zo snel. Snijgegevens voor de M610 met 15 wisselplaten inbegrepen:3000 m/min. (9843 ft./min.) snijsnelheid; een aanvoersnelheid van 5720 mm/min. (225 inch/min.); een spilsnelheid van 3820 RPM; een voedingssnelheid van 0,15 mm/tand (0,006 inch/tand); en een snedediepte op aluminium van 0,5 mm (0,02 in.) en op gietijzer van 0,05 mm (0,002 in.).

Andere gereedschappen in de familie zijn onder meer de M5Q90 tangentiële voorbewerkingsfrees, die in een enkele bewerking de eerste fase in kubusvorm (eerste bewerking van vlakken na het gieten) uitvoert zonder te bramen. Het gereedschap is uitgerust met tangentiële PCD-wisselplaten die zorgen voor een soepele en stabiele snijwerking om het stroomverbruik te verminderen en trillingen te elimineren.

Aluminium cilinderkoppen en blokken behoren tot de componenten die profiteren van de M5Q90. Bij wijze van voorbeeld zou de bewerking van de kubus op een gegoten cilinderkop typisch het machinaal bewerken van het oppervlak van de nokkenas, het inlaat-/uitlaatoppervlak en het verbrandingsoppervlak inhouden. In een klantcasestudy leverde het ruwe vlakfrezen van cilinderkoppen gegoten uit AS-9 aluminiumlegering op een horizontaal bewerkingscentrum zeer indrukwekkende standtijdresultaten op. Bij 3000 m/min. (9843 in./min.) snijsnelheid, voeding per tand van 0,2 mm (0,008 in.) en 2,0 mm (0,079 in.) axiale snedediepte (volledig ingeschakeld tot 40 mm (1,57 in.), meer dan 10.000 componenten zijn voltooid.

Een ander hulpmiddel is de M5R90 voor voorbewerken/semi-nabewerken in de tweede fase. Deze standaardfrees werkt met instelbare cartridges en ondersteunt een snedediepte tot 8 mm (0,315 in.) met een straal van 0,4 of 0,8 mm (0,016 of 0,031 in.), afhankelijk van de gebruikte cartridge. Eenvoudig aan te passen cartridges zijn van voordeel in veel automobieltoepassingen, zoals bleek uit een recente klantproef waarbij het vlakfrezen van een motorkap werd uitgevoerd. Gegoten uit MRHB Si12 aluminiumlegering, presteerde de M5R90 buitengewoon gunstig ten opzichte van de gevestigde concurrent. Op basis van identieke snijgegevens verlengde de M5R90 de standtijd van 8000 tot 10.000 werkstukken. Bovendien moest de snijplotter van de concurrent na elke 1000 onderdelen worden afgesteld vanwege de beweging van de cartridge die de oppervlakteafwerking in gevaar bracht. Daarentegen produceerde de M5R90 8000 onderdelen voordat enige aanpassing aan de cartridge nodig was.

Ook opgenomen in de familie is de M5B90 super-finishing vlakfrees met zijn unieke axiale en radiale positionering van wisselplaten. Deze configuratie, samen met het wiper-inzetstuk, zorgt voor braamvrij snijden met een uitstekende oppervlaktekwaliteit, zoals onlangs ontdekte een fabrikant van cilinderkoppen voor personenauto's. Het bedrijf ondervond procesinstabiliteit en problemen met bramen, terwijl een ander probleem de onvoorspelbare levensduur van de wisselplaat was, die afhing van cartridge-aanpassingen die van opstelling tot opstelling verschilden. De overstap naar de M5B90-frees zorgde voor een soepele afwerking met voorspelbare slijtage en braamvrij. Het gereedschap produceert alleen zeer dunne spanen, die tijdens het snijproces gemakkelijk kunnen worden verwijderd om schade aan het oppervlak van het onderdeel te voorkomen. Bovendien verlengde de overstap naar M5B90 de standtijd van gemiddeld 30.000 naar 45.000 onderdelen.

CoroDrill ^® en CoroTap ^® familie boor- en tapgereedschappen kunnen ook aan klanten worden aangeboden als onderdeel van dezelfde familie van oplossingen voor het bewerken van aluminium auto-onderdelen, evenals de standaard CoroMill ^® Century 590 vlakfrees afwerkfrees.

In alle gevallen is het potentieel om cyclustijden en kosten per onderdeel te verminderen en tegelijkertijd de standtijd en kwaliteit van het gereedschap te verbeteren zeer reëel, zoals blijkt uit de beschreven klantvoorbeelden. In de auto-industrie, waar veel geproduceerd wordt, kan zelfs een kleine besparing in cyclustijd gelijk staan ​​aan een aanzienlijk financieel rendement. Met deze gedachte in het achterhoofd, is elke technologie die kan aantonen dat ze grotere winsten kunnen opleveren, moeilijk te negeren.