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埃馬克生產系統: 優化渦輪增壓器軸的精加工

發布時間:2019-10-22 | 來源:埃馬克 | 作者:
      渦輪增壓器生產屬于汽車制造中最具有挑戰性的任務之一:高硬度材料、精確的幾何尺寸要求、巨大的生產批量以及價格壓力等,為設備制造商和供應商帶來了艱巨的挑戰。汽車行業持續不斷的輕量化,以及對排量較小的高性能零件的需求增加,使得渦輪增壓器和軸類件逐漸成為了生產規劃者關注的焦點。在此前提下,所需的自動化生產解決方案不僅要能提高工件加工數量并降低“單件成本”,同時還要確保高精度的生產過程。針對上述挑戰,埃馬克最新研發出一套整體化解決方案:在“出自一手”的整體連接式生產系統中,可以完成渦輪軸的加工,其中包括預車、淬火和磨削,直到ECM 動平衡。在不到50 秒的時間內,工件便可以完成加工,質量也超出預期要求。

      在汽車制造領域內,節能減排已成為發展的必然趨勢。例如,德國機械設備制造業聯合會 (VDMA) 在其研究報告《轉型中的驅動》 (Antrieb imWandel) 中預測,到2030 年,乘用車內的汽缸數量將由如今的平均4.3個下降到4 個。未來的發動機還會變得更小。同時,發動機的排量也會變小,但這可以通過提高渦輪增壓器增壓來進行補償:吸入的空氣將被進一步壓縮,并以最大壓力壓入燃燒室內。在實際情況下,由此便可達到極高的功率參數:在現代化的發動機中,壓縮機轉子最高轉速甚至可以達到每分鐘290,000 轉,并且部件也會產生極高的溫度。在此前提條件下,渦輪增壓器軸的生產便成為汽車制造行業中最具挑戰性的任務之一。這些采用比如Inconel 等高性能材料制成,可以承受高達1,000 攝氏度的溫度,但這類材料由于硬度極高而很難進行加工。盡管如此,渦輪增壓器仍然必須批量生產,具有高精度和工藝可靠性——埃馬克的標準要求,埃馬克的技術應用工程師Markus Neubauer 強調:“我們全面的專業知識使我們受益匪淺,畢竟這些涵蓋了從預加工到精加工(包括動平衡)的整個工藝鏈。因此,包括規劃、項目管理、實施和服務的整條生產線都完全出自一手。這一優勢在建立新的渦輪增壓器生產設施中起著決定性要素。對于客戶而言,整個規劃和售后流程也大大簡化。”

      在一條生產線中完成車削、淬火、磨削和動平衡

      從預車和感應淬火、磨削直到電化學動平衡的高要求生產工藝,已充分展示出這種工藝方法的優勢所在。生產線共分為五道主要工序:

      · 在生產線起始處,堆垛機械手將毛坯件放置在立式車床VTC 100-4的輸送帶上,之后由機床的工件機械手將工件運送到加工區內。一次裝夾便可以完成渦輪軸的預車,通過四軸加工確??s短主加工時間。機床為倒立式設計結構,從而使切屑能自然掉落,可避免切屑堆積。

      · 另一個機械手從VTC 100-4 的輸送帶上抓取已預車完畢的工件,并將其送入EMAG eldec 的MIND-M 1000 機床中進行熱處理,工件會被很快加熱到一個精確的溫度。專家們稱這一步驟為“消除應力”:即有針對性地消除工件中存在的任何應力。如果需要對工件的軸承座進行淬火處理,也可以在這臺機床中進行。

      · 在第三和第四道工序中,會進行多項不同的磨削加工:首先會在一臺埃馬克HG 204 機床中進行軸的臥式磨削加工。之后,會在立式磨床VLC 200 GT 中精加工渦輪葉輪的環形槽和葉輪外部輪廓。在VLC 200 GT 的加工區內,也可以使用一個選裝的電動刷對葉輪輪廓進行去毛刺處理。

      · 工件在經過清洗設備和測量系統之后,便來到最后一道工序:在EMAG ECM 的CS 機床中通過電解加工方式進行動平衡 處理。這一無切屑工藝只需要一個重復步驟便可完成。這種非接觸式的材料切削方式刀具磨損極小——與切削工藝相比,這是一項巨大的優勢。

      完美工藝確保最終質量

      汽車渦輪增壓器軸(渦輪轉子)的整個加工過程在50 秒內即可完成。如果采用三班制運行,則每年的渦輪轉子生產量可達到420,000 至450,000個。通常完成最后的動平衡處理后,工件便可立即安裝。“在這類以及其他類似項目中,我們能夠始終確保提供量身定制的系統架構。出于這個原因,埃馬克將向客戶提供其所有的產品專業知識,其中包括各類不同的刀具應用、多功能車床的設計、整體控制系統和互聯以及與跨系統連接等。”Markus Neubauer 總結說,“這些出自一手的專業知識在生產高要求工件的過程中也是一項確保成功的要素,由此可以幫助我們在市場中站穩腳跟。”

(圖下注釋:)


渦輪增壓器軸生產解決方案一覽:每50秒,便有一個工件達到“最終質量”并離開生產線。


從毛坯件到成品件只需5 道工序。

采用三班制運行時,生產線上每年的渦輪轉子生產量可達到420,000 至450,000 個。


一次裝夾,VTC 100-4的四軸加工方式可保證在預車渦輪軸時縮短主加工時間。


在 EMAG eldec 的MIND-L 1000 進行熱處理:工件會被很快加熱到一個精確的溫度。


在第三和第四道工序中,會進行多項不同的磨削加工:首先會在一臺埃馬克HG 204機床中進行軸的臥式磨削加工。


在立式磨床 VLC 200 GT 中會精加工渦輪葉輪的環形槽和葉輪外部輪廓。
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