一, Hlavný problém pri spracovaní kompozitných materiálov pre automobily
Kompozitný materiál sa skladá z matrice (ako živica alebo kov) a výstuže (ako uhlíkové vlákno alebo sklenené vlákno). Spracovanie týchto materiálov je náročné, pretože zahŕňa prekonanie troch veľkých problémov:
Riziko delaminácie a roztrhnutia: Ak nie je rezná sila rovnomerná, môže ľahko spôsobiť delamináciu medzivrstvy. To platí najmä pre vŕtanie a frézovanie, kde delaminácia materiálu okamžite znižuje pevnosť konštrukcie.
Zvyšujúce sa opotrebovanie nástrojov: Uhlíkové vlákna a iné výstužné materiály sú oveľa tvrdšie ako kovy. Pri obrábaní sa štandardné nástroje rýchlo opotrebúvajú, čo spôsobuje zmeny reznej sily a pokles kvality povrchu.
Problém s hromadením tepla: Kompozitné materiály nevedú dobre teplo a sústredené teplo počas spracovania môže ľahko spôsobiť rozpad materiálu, zmenu tvaru alebo dokonca poškodenie povrchu.
Napríklad spracovanie polyméru vystuženého uhlíkovými vláknami (CFRP) je 3 až 5-krát ťažšie ako spracovanie hliníkovej zliatiny. Miera nevyžiadanej pošty pre typické ručné alebo všeobecné-obrábanie na obrábacích strojoch je 20 % alebo viac, zatiaľ čo automobilový sektor zvyčajne potrebuje mieru kvalifikácie dielov 99,5 % alebo viac. Tento nesúlad ukazuje, prečo je potrebné zlepšiť technológiu CNC obrábania.
2, Štyri hlavné výhody technológie CNC obrábania pre prácu s kompozitnými materiálmi
1. Vysoká presnosť kontroly: spĺňa prísne normy tolerancie
Päť{0}}osové prepojenie, mikrometrický-úrovňový polohovací systém a uzavretá{2}}slučková spätná väzba umožňujú CNC obrábacím strojom vykonávať presné rezanie kompozitných materiálov. Napríklad:
Kapota motora: využíva päť{0}}osové CNC frézovanie, aby sa zaistilo, že tolerancia profilu povrchu je menšia alebo rovná 0,05 mm, čo zabraňuje vibráciám z dôvodu montážnej vôle;
Kryt batérie: Tolerancia otvoru je udržiavaná na úrovni H7 (0 až +0.015 mm) pomocou vysokorýchlostnej- technológie vŕtania a frézovania, aby sa zabezpečilo, že tesnenie funguje.
Závesné rameno: Viac{0}}osové CNC obrábacie centrum dokáže vykonávať zložité povrchové rezanie pri jednom upnutí s toleranciou tvaru a polohy (ako koaxiálnosť) 0,02 mm alebo menej, vďaka čomu je pohyb stabilnejší.
2. Flexibilná výroba: schopná zvládnuť mnoho rôznych typov a malých sérií
Automobilové kompozitné diely sú „ľahké a prispôsobiteľné“, čo sťažuje tradičným špecializovaným strojom držať krok s potrebou rýchlych zmien. CNC obrábanie robí výrobu flexibilnejšou pomocou nasledujúcich metód:
Modulárny systém upínania: Rýchlo vymeňte polohovacie zariadenia pre rôzne časti, čím sa skráti čas potrebný na prepnutie z 2 hodín na 15 minút;
Inteligentný programovací softvér: založený na integrovanej platforme CAD/CAM automaticky vytvára najlepšie dráhy nástrojov, čo znamená menej práce pre ľudí;
Monitorovanie a platba online: Laserové interferometre, snímače sily a ďalšie nástroje zachytávajú údaje o spracovaní-v reálnom čase a nastavenia rezania sa menia za chodu, aby sa zabezpečilo, že každá dávka bude rovnaká.
Napríklad nová spoločnosť vyrábajúca energetické vozidlá vyrába kolesá z kompozitných materiálov pomocou päť{0}}osového CNC obrábacieho centra. Optimalizáciou kódu sa čas potrebný na spracovanie jednej položky zníži zo 45 minút na 28 minút a miera zmetkovitosti sa zníži z 12 % na 0,8 %.
3. Špecializované rezné nástroje a optimalizácia procesov: hľadanie riešení problémov so spracovaním materiálov
Na základe vlastností kompozitných materiálov bolo vyrobených množstvo prispôsobených riešení pre CNC obrábanie.
Používajú sa nástroje s diamantovým{0}}poťahom (PCD) alebo kubickým nitridom bóru (CBN). Sú 3 až 5-krát tvrdšie ako tvrdé zliatiny a vydržia viac ako 10-krát dlhšie;
Ako rezať:
Proces obráteného frézovania: minimalizuje možnosť delaminácie a znižuje zmeny reznej sily;
Cykloidné frézovanie: Tým, že je dráha nástroja čo najefektívnejšia, teplo z rezania sa rozptýli, aby sa minimalizovalo prehrievanie na jednom mieste;
Chladenie pri nízkej teplote: Na udržanie teploty v oblasti spracovania pod -50 stupňov sa používa technológia chladenia kvapalným dusíkom alebo plynom. Tým sa zastaví tepelná deformácia.
Optimalizácia parametrov: Pomocou ortogonálnych testov nájdite najlepšiu rýchlosť rezania (800 – 1200 m/min), rýchlosť posuvu (0,05 – 0,1 mm/r) a hĺbku rezu (0,2 – 0,5 mm), ktoré vyvažujú kvalitu a efektivitu.
4. Inteligentná integrácia: Zlepšite fungovanie celého procesu.
Moderné CNC systémy využívajú IIoT, digitálne dvojičky a AI, aby bola výroba kompozitných materiálov inteligentnejšia.
Digitálna simulácia dvojčiat: simulácia procesu obrábania vo virtuálnom priestore, vyhľadávanie konfliktov v predstihu, zlepšenie dráh nástroja a zníženie počtu testovacích rezov;
Adaptívne riadenie: Zmena rezných parametrov v reálnom čase na základe tvrdosti materiálu, smeru vlákien a ďalších faktorov, aby bolo obrábanie stabilné;
Prediktívna údržba: Senzory môžu sledovať veci, ako sú vibrácie stroja, teplota vretena a ďalšie údaje, aby zistili, kedy sa nástroje opotrebujú alebo sa zariadenie pokazí, a potom je možné údržbu naplánovať vopred.
Svetový dodávateľ automobilových dielov nainštaloval inteligentný CNC systém, ktorý zlepšil celkovú efektivitu zariadenia (OEE) jeho linky na obrábanie hnacieho hriadeľa z kompozitných materiálov o 40 % a znížil ročné náklady na údržbu o 35 %.
3, Príklady toho, ako to priemysel používa a čo prinesie budúcnosť
1. Bežné situácie, kedy sa používa
Konštrukčné komponenty karosérie: Tesla Model S má panely karosérie z CFRP, ktoré boli spracované CNC. Tieto panely sú o 60 % ľahšie ako oceľové diely a sú bezpečné v prípade nehody, pretože boli vyrobené presným opracovaním.
Diely pohonného systému: Hnací hriadeľ BMW i3 z uhlíkových vlákien je vyrezaný pomocou päť{1}}osového CNC, čo mu dáva dynamickú rovnováhu na úrovni G1.0 a jeho chod je o 5 dB tichší. Interiérové diely: Mercedes Benz S-triedy používa CNC-vyrezávané ozdobné pásy z uhlíkových vlákien s drsnosťou povrchu Ra menšou alebo rovnou 0,2 μm, čo spĺňa špičkové-estetické potreby.
2. Trendy budúceho vývoja
Mimoriadne{0}}presné obrábanie: CNC obrábanie musí byť schopné pracovať s kompozitnými materiálmi vo vodíkových palivových článkoch a-pevných batériách, čo znamená, že musí byť schopné pracovať s presnosťou na-úrovni nanometrov (± 0,001 mm).
Robiť veci spôsobom, ktorý je dobrý pre životné prostredie: Aby sme znížili množstvo prchavých organických zlúčenín (VOC), ktoré sa uvoľňujú pri výrobe kompozitných materiálov, musíme prísť s metódami -bez znečistenia, ako je rezanie za sucha a mazanie- pri nízkej teplote.
Integrácia kompozitných procesov je použitie CNC obrábania, laserového rezania, rezania vodným lúčom a ďalších technológií spoločne na vytvorenie riešenia „na kľúč“ na výrobu dielov z kompozitných materiálov.
