Nye metoder til bearbejdning af transmissionssystemer
Produktionsvirksomheder står under Covid-19-pandemien over for omskiftelige scenarier med høj og lav efterspørgsel. Men uanset hvad så har omkostningsreduktion stadig høj prioritet.
Eksempelvis ved bearbejdning af tandhjul. Producenterne ønsker sig en større fleksibilitet i bearbejdningen af tandhjul, men det er ikke helt enkelt at opnå dette og samtidig reducere omkostningerne. Traditionelt vil projekter, der omfatter bearbejdning af tandhjul, afhænge af specialmaskiner og -processer, især i masseproduktionen. Det medfører begrænsninger – og ofte højere omkostninger – i produktionen.
Tre nye metoder til bearbejdning af tandhjul gør det muligt at undgå disse begrænsninger. Desuden er disse fordele ikke kun en fordel i bilbranchen, men også inden for generel maskinteknik, vindmølleindustrien, aerospace og endda robotteknologi.
Power skiving
Power skiving er en roterende skæreteknik, hvor værktøjet er i direkte indgreb med tandhjulet under fremstillingen. Den kontinuerlige skæreproces gør det muligt at udføre al bearbejdning i en enkelt opspænding. Således kombineres snekkefræsning og formning, og krydsningsvinklen mellem værktøj og gearakse og omdrejningshastigheden er afgørende for produktiviteten.
Power skiving har eksisteret i over 30 år – så hvorfor tager jeg det emne op i en artikel om nye metoder til bearbejdning af tandhjul? Fordi bearbejdningsmiljøet er ved at ændre sig på måder, der vil påvirke en række forskellige sektorer – inklusive fremstilling af transmissionssystemer til elbiler. Lad mig forklare.
Elbiler
Oprindelig mente man, at elbiler ikke havde brug for flere gear eller transmissionssystemer. Men det har ændret sig, og producenter som Tesla og Porsche præsenterer nu flergears elbiler. Elbilmotorer når op på meget højere omdrejningstal per minut (o/min.) end konventionelle biler – 20.000 o/min. i elbilmotorer sammenlignet med kun 4.000 til 6.000 o/min. i forbrændingsmotorer. Der er derfor behov for en reduktionsgearkasse for at reducere omdrejningstallet til et mere håndterligt niveau.
Disse transmissionssystemer til elbiler skal også være slidstærke for at modstå de højere omdrejningstal, og de er derfor vanskeligere at bearbejde. Det er nok mindre indlysende, at producenterne ved fremstilling af disse dele skal fokusere på spånvolumen, det vil sige hastigheden som emnet bearbejdes med.
Et andet væsentligt krav til transmissionssystemer til elbiler er mindre støj fra gearkassen, da elbiler ikke har motorstøj. Det kræver produktion af komponenter med snævrere tolerancer, og det stiller store krav i bearbejdningen.
Så spørgsmålet for produktionen bør være: Vil I have høj produktivitet, eller noget andet? Sådan en fleksibilitet kan ikke afhænge af traditionelle processer i transmissionsproduktionen. I stedet gør power skiving det muligt at bearbejde hele komponenten i en multitask-maskine eller et bearbejdningscenter i én enkelt opspænding.
Det giver kortere produktionstid, forbedrer kvaliteten og reducerer håndterings- og logistikomkostningerne.
Fordelene ved power skiving blev påvist, da en stor kunde fra den svenske bilindustri bad Sandvik Coromant levere en løsning til komponentbearbejdning.
I samarbejde med kundens biludviklere påviste projektet, at power skiving kan foretages med to 5-aksede maskiner og Sandvik Coromants egen CoroMill 180-fræser med vendeskær til power skiving. CoroMill 180 er designet til effektiv produktion af tandhjul og noter.
Kunden opnåede en cyklustid, der var bedre end forventet. Kunden havde krævet, at der skulle bruges maksimum 14 minutter per komponent, og at der skulle opnås en cyklustid på under 1 minut per komponent.
Aerospace
Fordelene ved power skiving er ikke begrænset til bilindustrien, men kan også opnås i andre sektorer, blandt andet generel maskinteknik, vindmølleindustrien, aerospace og robotteknologi.
Især inden for aerospace-sektoren prioriteres omkostningsreduktioner højt. Covid-19-pandemien har store indvirkninger på industrien, for eksempel meddeler Airbus, at deres flyproduktion er faldet med 30 procent.
Lige som elbiler opgraderes ældre flymotorer nu, så de opnår bedre performance og effektivitet, der vil derfor ske en udvikling i deres produktion. Fleksibiliteten ved power skiving har meget at byde på her, for eksempel giver evnen til at bearbejde materialet tæt på hjørner større frihed i komponentdesignet. Da komponenter til aerospace-industrien er fremstillet af sejere materialer, kan det kræve sejere skær.
Til det formål er der lanceret et par nye hårdmetal-skærkvalitet til drejning af ISO P-stål, GC4415 og GC4425 i denne serie af værktøjer. Navnene er afledt af ISO P15 og P25, der henviser til de krav, som forskellige arbejdsbetingelser stiller til bearbejdningsparametrene. De er begge designet til sikre bedre slidstyrke, varmebestandighed og sejhed.
Skærene er lavet med anden generations Inveio-teknologi med ensrettet krystalorientering i aluminiumoxid-belægningen. Hver eneste krystal vender i den samme retning, det kan man se i mikroskopet, og det skaber en stærk barriere frem mod skærezonen, hvilket giver skæret endnu højere slidstyrke og længere værktøjslevetid.
Lige som power skiving kan skær som GC4415 og GC4425 levere forudsigeligt slid og dermed forbedre maskinens udnyttelsesgrad og give omkostningsbesparelser. Fordelene gælder igen ikke kun for bilbranchen, men også i generel maskinteknik, vindmølleindustrien, aerospace og robotteknologi – faktisk alle steder hvor der er behov for gearkomponenter.
Uanset hvilken sektor det drejer sig om, så giver de virkelige fordele forbedret spånvolumen, bedre evne til at bearbejde komponenter med én maskine i en enkelt opspænding og forbedret maskinudnyttelsesgrad. Ifølge Sandvik Coromants egne tal kan en stigning på 20 procent i maskinudnyttelsesgraden give en 10 procent højere bruttofortjeneste.
Maksimeret output
At opnå disse fordele kræver mere end bare brug af værktøjer som for eksempel CoroMill 180. Det kræver også en mere generel metodik. Det er så der, PrimeTurning kommer ind i billedet.
PrimeTurning-metoden er baseret på, at værktøjet føres ned i emnet ved spændetangen og fjerner materialet, idet det kører hen mod enden af komponenten – igen prioriteres den vigtige spånvolumen højest. Det giver mulighed for at bruge mindre indgrebsvinkler, skarpere hovedvinkler og højere skæreparametre. Desuden kan konventionel bearbejdning udføres med de samme værktøjer, så produktionen kan skifte mellem traditionelle og nye processer.
Vi mener, at man i visse applikationer vil kunne opnå produktivitetsstigninger på over 50 procent med PrimeTurning. Det er gjort det nemmere med vores CoroPlus ToolPath-software, der genererer programmeringskoder og teknikker til indstilling af parametre og variabler, for at maksimere produktiviteten.
Uanset om jeres svar er power skiving, nye hårdmetalskær eller PrimeTurning, så kan disse nye bearbejdningsmetoder forbedre producenternes processer og give bedre resultater på deres bundlinje.
Ved hjælp af disse metoder kan maskinfabrikker komme væk fra at gøre det samme og det samme og samtidig sikre, det virkelig er det værd at foretage ændringerne.
Artiklen er en del af temaet Maskinfokus.
