埃馬克生產(chǎn)系統(tǒng)：優(yōu)化渦輪增壓器軸的精加工
2019-10-18 來源：埃馬克 作者：-
渦輪增壓器生產(chǎn)屬于汽車制造中最具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一：高硬度材料、精確的幾何尺寸要求、巨大的生產(chǎn)批量以及價格壓力等，為設(shè)備制造商和供應(yīng)商帶來了艱巨的挑戰(zhàn)。汽車行業(yè)持續(xù)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(chǎn)規(guī)劃者關(guān)注的焦點(diǎn)。在此前提下，所需的自動化生產(chǎn)解決方案不僅要能提高工件加工數(shù)量并降低“單件成本”，同時還要確保高精度的生產(chǎn)過程。針對上述挑戰(zhàn)，埃馬克最新研發(fā)出一套整體化解決方案：在“出自一手”的整體連接式生產(chǎn)系統(tǒng)中，可以完成渦輪軸的加工，其中包括預(yù)車、淬火和磨削，直到ECM 動平衡。在不到50 秒的時間內(nèi)，工件便可以完成加工，質(zhì)量也超出預(yù)期要求。
渦輪增壓器軸生產(chǎn)解決方案一覽：每50秒，便有一個工件達(dá)到“最終質(zhì)量”并離開生產(chǎn)線。
在汽車制造領(lǐng)域內(nèi)，節(jié)能減排已成為發(fā)展的必然趨勢。例如，德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會 (VDMA) 在其研究報告《轉(zhuǎn)型中的驅(qū)動》 (Antrieb imWandel) 中預(yù)測，到2030 年，乘用車內(nèi)的汽缸數(shù)量將由如今的平均4.3個下降到4 個。未來的發(fā)動機(jī)還會變得更小。同時，發(fā)動機(jī)的排量也會變小，但這可以通過提高渦輪增壓器增壓來進(jìn)行補(bǔ)償：吸入的空氣將被進(jìn)一步壓縮，并以最大壓力壓入燃燒室內(nèi)。在實(shí)際情況下，由此便可達(dá)到極高的功率參數(shù)：在現(xiàn)代化的發(fā)動機(jī)中，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子最高轉(zhuǎn)速甚至可以達(dá)到每分鐘290,000 轉(zhuǎn)，并且部件也會產(chǎn)生極高的溫度。在此前提條件下，渦輪增壓器軸的生產(chǎn)便成為汽車制造行業(yè)中最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一。這些采用比如Inconel 等高性能材料制成，可以承受高達(dá)1,000 攝氏度的溫度，但這類材料由于硬度極高而很難進(jìn)行加工。盡管如此，渦輪增壓器仍然必須批量生產(chǎn)，具有高精度和工藝可靠性——埃馬克的標(biāo)準(zhǔn)要求，埃馬克的技術(shù)應(yīng)用工程師Markus Neubauer 強(qiáng)調(diào)：“我們?nèi)娴膶I(yè)知識使我們受益匪淺，畢竟這些涵蓋了從預(yù)加工到精加工（包括動平衡）的整個工藝鏈。因此，包括規(guī)劃、項(xiàng)目管理、實(shí)施和服務(wù)的整條生產(chǎn)線都完全出自一手。這一優(yōu)勢在建立新的渦輪增壓器生產(chǎn)設(shè)施中起著決定性要素。對于客戶而言，整個規(guī)劃和售后流程也大大簡化。”
在一條生產(chǎn)線中完成車削、淬火、磨削和動平衡
從預(yù)車和感應(yīng)淬火、磨削直到電化學(xué)動平衡的高要求生產(chǎn)工藝，已充分展示出這種工藝方法的優(yōu)勢所在。生產(chǎn)線共分為五道主要工序：
. 在生產(chǎn)線起始處，堆垛機(jī)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(jī)床的工件機(jī)械手將工件運(yùn)送到加工區(qū)內(nèi)。一次裝夾便可以完成渦輪軸的預(yù)車，通過四軸加工確保縮短主加工時間。機(jī)床為倒立式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，從而使切屑能自然掉落，可避免切屑堆積。
一次裝夾，VTC 100-4的四軸加工方式可保證在預(yù)車渦輪軸時縮短主加工時間。
. 另一個機(jī)械手從VTC 100-4 的輸送帶上抓取已預(yù)車完畢的工件，并將其送入EMAG eldec 的MIND-M 1000 機(jī)床中進(jìn)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(yīng)力”：即有針對性地消除工件中存在的任何應(yīng)力。如果需要對工件的軸承座進(jìn)行淬火處理，也可以在這臺機(jī)床中進(jìn)行。
在 EMAG eldec 的MIND-L 1000 進(jìn)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(jìn)行多項(xiàng)不同的磨削加工：首先會在一臺埃馬克HG 204 機(jī)床中進(jìn)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(huán)形槽和葉輪外部輪廓。在VLC 200 GT 的加工區(qū)內(nèi)，也可以使用一個選裝的電動刷對葉輪輪廓進(jìn)行去毛刺處理。
在第三和第四道工序中，會進(jìn)行多項(xiàng)不同的磨削加工：首先會在一臺埃馬克HG 204機(jī)床中進(jìn)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(huán)形槽和葉輪外部輪廓。
. 工件在經(jīng)過清洗設(shè)備和測量系統(tǒng)之后，便來到最后一道工序：在EMAG ECM 的CS 機(jī)床中通過電解加工方式進(jìn)行動平衡 處理。這一無切屑工藝只需要一個重復(fù)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(xiàng)巨大的優(yōu)勢。
完美工藝確保最終質(zhì)量
汽車渦輪增壓器軸（渦輪轉(zhuǎn)子）的整個加工過程在50 秒內(nèi)即可完成。如果采用三班制運(yùn)行，則每年的渦輪轉(zhuǎn)子生產(chǎn)量可達(dá)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(xiàng)目中，我們能夠始終確保提供量身定制的系統(tǒng)架構(gòu)。出于這個原因，埃馬克將向客戶提供其所有的產(chǎn)品專業(yè)知識，其中包括各類不同的刀具應(yīng)用、多功能車床的設(shè)計(jì)、整體控制系統(tǒng)和互聯(lián)以及與跨系統(tǒng)連接等。”Markus Neubauer 總結(jié)說，“這些出自一手的專業(yè)知識在生產(chǎn)高要求工件的過程中也是一項(xiàng)確保成功的要素，由此可以幫助我們在市場中站穩(wěn)腳跟。”
從毛坯件到成品件只需5 道工序。采用三班制運(yùn)行時，生產(chǎn)線上每年的渦輪轉(zhuǎn)子生產(chǎn)量可達(dá)到420,000 至450,000 個。
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