Kan CNC-bearbeiding erstatte støping og stempling i bilproduksjon?

1. En sammenligning av egenskapene til prosessen: Tre-spill med nøyaktighet, effektivitet og kostnad: CNC-maskinering er standarden for nøyaktighet og allsidighet.
Med et numerisk datakontrollsystem kan CNC-bearbeiding regulere bevegelsen til verktøyet til innenfor ± 0,01 mm, og overflateruheten kan nærme seg Ra < 0,4 μm, noe som er mye bedre enn tradisjonelle støpe- og stemplingsmetoder. Dens viktigste fordeler er:
Designfrihet: Den kan fungere med kompliserte overflater, hule strukturer og ujevne deler som turboladerblader, akselbraketter i karbonfibergirkasse og andre lette deler uten å bruke former for å gjøre tegninger til ferdige gjenstander.
Materialers tilpasningsevne: Den kan fungere med et bredt spekter av lette materialer, inkludert aluminiumslegeringer, magnesiumlegeringer, titanlegeringer, høy-stål og komposittmaterialer. Dette dekker de ulike behovene for materialkvaliteter i kjøretøyets lettvekt.
Fleksibel produksjon: Endring av CNC-programmet gjør det enkelt å konvertere mellom produktmodeller. Dette er flott for å lage små partier av forskjellige typer produkter, som å raskt utvikle nye batteripakker for energibiler.
Men det er også store problemer med CNC-maskinering:
Avfall av materialer: Ved skjæring brukes kun 50 % til 70 % av råvarene, og resten går tapt som flis, noe som øker prisene.
Hvor godt fungerer produksjonen: Det tar lang tid å behandle et enkelt stykke. For eksempel tar CNC-bearbeiding av en motorsylinder i aluminiumslegering 4 til 8 timer, noe som gjør det vanskelig å møte behovene til stor-produksjon.
Utstyrskostnader: Maskineringssentre med fem-akser og andre avanserte-verktøy er dyre og trenger operatører med mye teknisk kunnskap, noe som øker kostnaden per enhet enda mer.
Støpeprosess: finne en balanse mellom en komplisert struktur og kostnad
Støping er prosessen med å helle smeltet metall i en form. Det kan gjøres på forskjellige måter, for eksempel sandstøping,-pressestøping og lav-trykksstøping. Hovedverdien er i:
Lage deler med mange forskjellige former: Den kan lage innvendige hule, tynne-veggede og forsterkede gjenstander, inkludert motorsylinderblokker og girkassehus, med et nivå av strukturkompleksitet som er langt høyere enn CNC-maskinering.
Materialutnyttelsesgrad: Nesten alt av råstoff brukes, noe som senker materialprisene mye. Dette er spesielt bra for bruk av lette materialer som aluminiumslegeringer og magnesiumlegeringer i stor skala.
Effektivitet i produksjonen: -støpingsteknologi kan lage én gjenstand på bare 1 til 3 minutter, noe som er flott for masseproduksjon med en årlig produksjon på over 100 000 stykker. For eksempel kombinerer Teslas integrerte-dysestøpte bunnpanel 70 deler til ett, noe som gjør produksjonen 300 % mer effektiv.
Men støpeprosessen har noen problemer:
Begrensninger på nøyaktighet: Toleransen er vanligvis mer enn ± 0,1 mm, og overflateruheten Ra er større enn eller lik 3,2 μm, og derfor må delen maskineres eller poleres på nytt.
Prisen på formen: ublu-trykkstøpeformer kan koste hundretusenvis til millioner av yuan, og de ublu kostnadene ved å endre designet gjør det vanskelig å lage små partier.
Materialets egenskaper: Det kan være problemer med støpegodset, som krymping og porøsitet, og de mekaniske egenskapene må utbedres ved varmebehandling eller T6-forsterkningsprosessen.
Stemplingsprosess: en god måte å lage tynne metalldeler på
Stempling bruker former for å legge press på metallplater, noe som får dem til å bøye seg til riktig form. Det er en vanlig måte å lage platedeler til biler.
Høy-produksjon: kan stemple dusinvis av ganger i minuttet, noe som gjør den egnet for å lage bildeler, motordeksler, hjulbuer og andre store deler.
Kostnadsfordel: Kostnaden for støpeformer er lav for alle, og kostnaden per stykk går raskt ned etter hvert som produksjonen går opp. For eksempel kan kostnadene for stemplede deler for innerpaneler til bildører være så billige som noen få yuan per stk.
Kvaliteten på overflaten: Overflaten på de stemplede komponentene er glatt og trenger ingen ekstra polering, noe som er akkurat det belegningsprosessen trenger.
Men stemplingsteknologi har noen problemer, for eksempel:
Begrensning på materialtykkelse: fungerer kun på tynne arkdeler som er 0,1 til 6 mm tykke; den kan ikke behandle strukturelle deler med tykke vegger.
Hvor komplisert designet er: Komplekse overflater trenger mer enn én prosedyre for å fungere, og materialets duktilitet begrenser hvor dypt trekket kan gå.
Kostnad for å bytte ut formen: Å redesigne formen for et nytt produkt tar lang tid og koster mye, derfor er det ikke bra for situasjoner der du trenger å gjøre endringer raskt.
2. Hva gjøres i bransjen: Vanlige eksempler på samarbeidsarbeid
Tilfelle 1: Tesla integrert pressstøping og CNC fungerer sammen
Tesla Model Y bruker en 6000-tonns formstøpemaskin- for å lage en integrert bakre bunnplate som kombinerer 70 elementer til ett. Dette gjør produksjonen 300 % mer effektiv og kutter kostnadene med 40 %. Likevel trenger støpte deler fortsatt CNC-bearbeiding på viktige monteringsoverflater:
Presisjonskompensasjon: Et maskinsenter med fem akser- brukes til å utføre presisjonsbearbeiding av-dysestøpedelene. Dette sørger for at batteripakken og opphengssystemet passer sammen med en nøyaktighet på ± 0,05 mm.
Reparasjon av feil: Løser problemer som porøsitet og krymping som kan oppstå under-støpeprosessen for å gjøre produktene mer pålitelige.
Funksjonsutvidelse: Legge til gjengede hull, posisjoneringsstifter og andre funksjoner til -støpestykker slik at de raskt kan kobles til andre deler.
Tilfelle 2: CNC-teknologi laget karbonfiberkroppen til BMW i-serien
Karosseriet til BMW i3 er laget av karbonfiberforsterket plast (CFRP), og den viktigste måten den er laget på er ved CNC-bearbeiding:
Kutting av pre-impregnert materiale: CNC-laserskjæremaskinen kutter karbonfiberpre-preimpregnert materiale i form av designet med en unøyaktighet på mindre enn 0,1 mm.
Plassering: En CNC-robotarm legger automatisk ned karbonfiberduk på en måte som holder fiberretningen i tråd med kraftretningen, noe som gjør strukturen sterkere.
Etter kompresjonsstøping brukes CNC-fresing til å lage monteringshull, styreskinner og andre strukturer i karbonfiberdelene. Toleransene holdes innenfor ± 0,02 mm.
Tilfelle 3: Lage hydrogenlagringstanker av titanlegering for Toyotas hydrogenbrenselcellebiler
Endelokket til Toyota Mirai sin hydrogenlagringstank er laget av titanlegering og er CNC-maskinert.
Matcher egenskapene til materialer: Titanlegering er veldig hard og leder ikke varme godt, derfor vil typisk støping sannsynligvis sprekke. Skjæreteknologi med lav-temperatur gjør CNC-bearbeiding stabil.
Presisjonsbearbeiding av tetningsoverflater: Et bearbeidingssenter med fem-akser utfører ultra-presisjonsbearbeiding på tetningsoverflaten til endedekselet. Flathetsfeilen er mindre enn eller lik 0,002 mm, noe som holder hydrogenlekkasjehastigheten under 0,1 ppm.
Lettvektsdesignverifisering: CNC-rask prototyping kan hjelpe med topologioptimaliseringsdesign for hydrogenlagringstanker, som reduserer vekten med 25 % samtidig som de holder dem sterke.