آیا ماشینکاری CNC می تواند جایگزین ریخته گری و مهر زنی در خودروسازی شود؟

1. مقایسه ویژگی های فرآیند: بازی سه طرفه دقت، کارایی و هزینه: ماشینکاری CNC استاندارد دقت و تطبیق پذیری است.
با یک سیستم کنترل عددی کامپیوتری، ماشین‌کاری CNC می‌تواند حرکت ابزار را تا 0.01 ± میلی‌متر تنظیم کند و زبری سطح می‌تواند به Ra <0.4 میکرومتر نزدیک شود، که بسیار بهتر از روش‌های ریخته‌گری و مهر زنی سنتی است. مزایای اصلی آن عبارتند از:
آزادی طراحی: می‌تواند با سطوح پیچیده، ساختارهای توخالی، و قطعات ناهموار مانند تیغه‌های توربوشارژر، براکت‌های محور گیربکس فیبر کربن و سایر قطعات سبک وزن بدون استفاده از قالب‌ها برای تبدیل نقشه‌ها به اقلام نهایی کار کند.
سازگاری مواد: می تواند با طیف وسیعی از مواد سبک وزن، از جمله آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای منیزیم، آلیاژهای تیتانیوم، فولادهای{0} با استحکام بالا و مواد کامپوزیت کار کند. این نیازهای مختلف برای کیفیت مواد در وزن سبک خودرو را برآورده می کند.
تولید انعطاف پذیر: تغییر برنامه CNC تبدیل بین مدل های محصول را آسان می کند. این برای ساخت دسته‌های کوچک انواع مختلف محصولات، مانند توسعه سریع بسته‌های باتری خودروهای انرژی‌زا، عالی است.
اما مشکلات بزرگی نیز در ماشینکاری CNC وجود دارد:
ضایعات مواد: هنگام برش، تنها 50 تا 70 درصد از مواد اولیه استفاده می شود و مابقی به صورت چیپس از بین می رود که باعث افزایش قیمت می شود.
تولید چقدر خوب کار می کند: پردازش یک قطعه به زمان زیادی نیاز دارد. به عنوان مثال، ماشینکاری CNC یک سیلندر موتور آلیاژ آلومینیوم 4 تا 8 ساعت طول می کشد، که رفع نیازهای تولید در مقیاس بزرگ را دشوار می کند.
هزینه تجهیزات: پنج-مرکز ماشینکاری پیوند محور و سایر ابزارهای پیشرفته{{1} گران هستند و به اپراتورهایی با دانش فنی زیادی نیاز دارند که هزینه هر واحد را بیش از پیش افزایش می‌دهد.
فرآیند ریخته گری: یافتن تعادل بین ساختار پیچیده و هزینه
ریخته گری فرآیند ریختن فلز مذاب در قالب است. می توان آن را به روش های مختلفی انجام داد، مانند ریخته گری شن و ماسه، ریخته گری-دایک و ریخته گری با فشار کم. ارزش اصلی آن در:
ساخت قطعات با اشکال مختلف: می تواند اقلام داخلی توخالی، دیواره نازک{{0} و تقویت شده، از جمله بلوک های سیلندر موتور خودرو و محفظه جعبه دنده، با سطح پیچیدگی ساختار بسیار بالاتر از ماشینکاری CNC بسازد.
میزان استفاده از مواد: تقریباً از تمام مواد اولیه استفاده می شود که قیمت مواد را بسیار کاهش می دهد. این به ویژه برای استفاده از مواد سبک وزن مانند آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای منیزیم در مقیاس بزرگ خوب است.
کارایی در تولید: فناوری ریخته گری قالب می تواند یک مورد را تنها در 1 تا 3 دقیقه بسازد، که برای تولید انبوه با خروجی سالانه بیش از 100000 قطعه عالی است. به عنوان مثال، پانل پایینی بدنه ریخته گری یکپارچه تسلا 70 قطعه را در یک قطعه ترکیب می کند که تولید را 300٪ کارآمدتر می کند.
اما فرآیند ریخته گری مشکلاتی دارد:
محدودیت در دقت: تحمل معمولاً بیش از ± 0.1 میلی متر است و زبری سطح Ra بزرگتر یا مساوی 3.2 میکرومتر است، بنابراین قطعه باید دوباره ماشینکاری یا پرداخت شود.
هزینه قالب: قالب‌های ریخته‌گری گزاف-می‌تواند صدها هزار تا میلیون‌ها یوان هزینه داشته باشد و هزینه‌های گزاف تغییر طرح، ساخت دسته‌های کوچک را دشوار می‌کند.
خواص مواد: ممکن است مشکلاتی در ریخته گری وجود داشته باشد، مانند انقباض و تخلخل، و کیفیت مکانیکی باید با عملیات حرارتی یا فرآیند تقویت T6 اصلاح شود.
فرآیند مهر زنی: یک راه خوب برای ساخت قطعات فلزی ورق نازک
مهر زنی از قالب ها برای فشار دادن به ورق های فلزی استفاده می کند که باعث می شود آنها به شکل مناسب خم شوند. این یک روش متداول برای ساخت قطعات ورق فلزی برای اتومبیل است.
تولید با سرعت بالا-: می‌تواند ده‌ها بار در دقیقه مهر و موم کند، که برای ساخت درب‌های خودرو، روکش موتور، قوس چرخ‌ها و سایر قطعات بزرگ مناسب است.
مزیت هزینه: هزینه قالب برای همه کم است و با افزایش تولید، هزینه هر قطعه به سرعت کاهش می یابد. به عنوان مثال، هزینه قطعات مهر شده برای پانل های داخلی درب خودرو ممکن است به اندازه چند یوان در هر قطعه ارزان باشد.
کیفیت سطح: سطح اجزای مهر شده صاف است و نیازی به پرداخت اضافی ندارد که این دقیقا همان چیزی است که فرآیند پوشش نیاز دارد.
اما تکنولوژی مهر زنی مشکلاتی دارد، مانند:
محدودیت در ضخامت مواد: فقط روی قطعات ورق نازک که ضخامت 0.1 تا 6 میلی متر دارند کار می کند. نمی تواند قطعات ساختاری با دیوارهای ضخیم را پردازش کند.
طراحی چقدر پیچیده است: سطوح پیچیده برای کار کردن به بیش از یک روش نیاز دارند و شکل پذیری مواد تا چه حد ممکن است کشش را محدود کند.
هزینه تعویض قالب: طراحی مجدد قالب برای یک محصول جدید زمان زیادی می برد و هزینه زیادی دارد، بنابراین برای شرایطی که نیاز به تغییرات سریع دارید خوب نیست.
2. آنچه در صنعت انجام می شود: نمونه های رایج کار مشترک
مورد 1: ریخته گری یکپارچه تسلا و CNC با هم کار می کنند
تسلا مدل Y از یک دستگاه ریخته گری 6000-تنی قالب- برای ساخت یک صفحه پایینی یکپارچه عقب استفاده می کند که 70 عنصر را در یک عنصر ترکیب می کند. این باعث می شود تولید 300٪ کارآمدتر شود و هزینه ها تا 40٪ کاهش یابد. حتی با این حال، قطعات ریخته گری همچنان به ماشینکاری CNC روی سطوح مونتاژ مهم نیاز دارند:
جبران دقت: یک مرکز ماشین‌کاری پنج محور برای انجام ماشین‌کاری دقیق روی قطعات ریخته‌گری قالب استفاده می‌شود. این اطمینان حاصل می کند که بسته باتری و سیستم تعلیق با دقت 0.05 میلی متر در کنار هم قرار می گیرند.
تعمیر عیب: رفع مشکلاتی مانند تخلخل و انقباض که ممکن است در طول فرآیند ریخته گری قالب- برای قابل اطمینان تر کردن محصولات رخ دهد.
توسعه عملکرد: افزودن سوراخ‌های رزوه‌دار، پین‌های تعیین موقعیت، و سایر ویژگی‌ها برای قطعات ریخته‌گری قالب به‌گونه‌ای که بتوانند به سرعت به قسمت‌های دیگر متصل شوند.
مورد 2: فناوری CNC بدنه فیبر کربنی BMW i-را ساخت
بدنه BMW i3 از پلاستیک تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) ساخته شده است و روش اصلی ساخت آن توسط ماشینکاری CNC است:
برش مواد از قبل آغشته شده: دستگاه برش لیزر CNC مواد آغشته شده فیبر کربن را به شکل طرح با دقت کمتر از 0.1 میلی متر برش می دهد.
موقعیت یابی: یک بازوی رباتیک CNC به طور خودکار پارچه فیبر کربن را به گونه ای روی زمین قرار می دهد که جهت فیبر را در راستای جهت نیرو نگه می دارد و این باعث می شود ساختار قوی تر شود.
پس از قالب گیری تراکمی، فرز CNC برای ایجاد سوراخ های نصب، ریل های راهنما و سایر ساختارها در قسمت های فیبر کربن استفاده می شود. تلورانس ها در ± 0.02 میلی متر نگه داشته می شوند.
مورد 3: ساخت مخازن ذخیره هیدروژن از آلیاژ تیتانیوم برای خودروهای پیل سوختی هیدروژنی تویوتا
درپوش انتهایی مخزن ذخیره هیدروژن تویوتا میرای از آلیاژ تیتانیوم ساخته شده و با ماشینکاری CNC ساخته شده است.
مطابقت با خواص مواد: آلیاژ تیتانیوم بسیار سخت است و گرما را به خوبی هدایت نمی کند، بنابراین ریخته گری معمولی احتمالا ترک می خورد. فناوری برش در دمای پایین{1} ماشینکاری CNC را پایدار می کند.
ماشین‌کاری دقیق سطح آب‌بندی: یک مرکز ماشین‌کاری پیوندی پنج محوره، ماشین‌کاری فوق‌العاده-روی سطح آب‌بندی پوشش انتهایی انجام می‌دهد. خطای صافی کمتر یا مساوی 0.002 میلی متر است که نرخ نشت هیدروژن را زیر 0.1ppm نگه می دارد.
تأیید طراحی سبک وزن: نمونه سازی سریع CNC می تواند به طراحی بهینه سازی توپولوژی برای مخازن ذخیره هیدروژن کمک کند، که وزن آنها را 25٪ کاهش می دهد و در عین حال قوی نگه می دارد.