Welche Rolle spielt die CNC-Bearbeitung beim Automobilleichtbau?

1. Ein präziser Motor für die Arbeit mit leichten Materialien
Die Hauptidee beim Leichtbau von Autos besteht darin, anstelle von Stahl neue Materialien wie Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen und Kohlefaserverbundwerkstoffe einzusetzen. Diese Materialien sind leicht und stark, erfordern jedoch eine genauere Ausrüstung und eine bessere Prozesskontrolle. Durch die digitale Programmsteuerung in der numerischen Bearbeitungstechnik können Sie leichte Materialien mit sehr hoher Genauigkeit bearbeiten.
Großer Fortschritt bei der Verarbeitung von Aluminiumlegierungen
Standardmäßige Motorzylinderblöcke aus Gusseisen sind beispielsweise sehr schwer, während Zylinderblöcke aus Aluminiumlegierung das Gewicht um 40 bis 50 % senken können. Mit der Fünf-Achsen-Verbindungstechnologie kann das CNC-Bearbeitungszentrum komplexe Oberflächen, Kraftstoffeinspritzlöcher und Zündkerzenlöcher im Hohlraum des Zylinderkörpers gleichzeitig bearbeiten. Dies ist mit einer Genauigkeit von ± 0,005 mm und einer Oberflächenrauheit von Ra kleiner oder gleich 0,8 μm möglich. Ein High-End-Automobilhersteller konnte durch die Umstellung auf CNC-Bearbeitung die Zeit für die Herstellung von Zylindern um 30 % und die Ausschussmenge um 12 % auf 0,8 % reduzieren. Durch die gleichzeitige Optimierung der Schnittparameter konnte die Standzeit um 300 % gesteigert werden.
Kontrolle der Formgebung von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen
Anfangs wurden Kohlefasermaterialien hauptsächlich in High-End-Autos wie Supersportwagen verwendet, da sie teuer und schwer zu verarbeiten waren. Die numerisch gesteuerte Bearbeitungstechnologie hat es ermöglicht, durch die Kombination von Hochgeschwindigkeitsfräsen und Laserschneiden perfekt passende Kohlefaser-Karosserieabdeckungen herzustellen. Ein Unternehmen für neue Energiefahrzeuge verwendet beispielsweise CNC-bearbeitete Karosseriehalterungen aus Kohlefaser, die 20 % leichter und 15 % stärker sind als Aluminiumlegierungen. Der Verarbeitungsverzug wird durch die Anpassung des Winkels der Faserschicht auf innerhalb von 0,1 mm gehalten.
Viele Teile aus Magnesiumlegierung auf einmal herstellen
Magnesiumlegierungen haben nur zwei Drittel der Dichte wie Aluminiumlegierungen, sind aber aufgrund ihrer Oxidationsneigung und Schnittkraft weniger nützlich. Die CNC-Bearbeitungsausrüstung verfügt über ein Hochdruckkühlsystem und eine intelligente Funktion zur Optimierung der Schnittparameter. Das bedeutet, dass Teile wie Instrumententafelhalterungen und Sitzrahmen aus Magnesiumlegierung problemlos bearbeitet werden können. Ein bestimmter Teilelieferant hat durch CNC-Bearbeitung das Gewicht von Querlenkern aus Magnesiumlegierung im Vergleich zu typischen Stahlteilen um 60 % reduziert. Sie nutzten außerdem die Simulation, um den Werkzeugweg zu verbessern, was die Bearbeitung um 40 % effizienter machte.
2. Ein „Fertigungswerkzeug“ zur Herstellung komplizierter Leichtbaustrukturen
Beim Leichtbau geht es um mehr als nur neue Materialien; Es muss auch eine strukturelle Optimierung eingesetzt werden, um „Gewicht zu reduzieren, ohne Gewicht zu verlieren“. Mit mehrachsiger Verknüpfung, Simulation und anderen Funktionen ermöglicht die numerisch gesteuerte Bearbeitungstechnologie die Herstellung komplizierter Strukturen wie Hohlträger und biomimetische Waben.
Bearbeitung komplexer geometrischer Objekte mit Mehrachsverknüpfung
Durch die fünf{0}Achsen-CNC-Bearbeitung können räumliche Oberflächen erzeugt werden, die mit herkömmlichen drei{1}}Achsen-Werkzeugmaschinen nur schwer herzustellen sind. Beispielsweise müssen die Schaufeln eines Turboladers über komplizierte aerodynamische Oberflächen verfügen. Das CNC-Bearbeitungszentrum steuert gleichzeitig die X-, Y-, Z-Achsen und die A- und B-Rotationsachsen. Dadurch bleibt die Genauigkeit der Klingenoberfläche innerhalb von ± 0,01 mm und die Oberflächenrauheit Ra < 0,4 μm. Dadurch steigt die Boost-Effizienz um 10 % und das Gewicht sinkt um 15 %.
Optimierung des Bearbeitungspfades mittels Simulation
Bei der Arbeit mit leichten Hohlkonstruktionen kann das CNC-System mithilfe von CAD/CAM-Software das Risiko eines Auftreffens des Werkzeugs auf das Werkstück modellieren und die Schnittparameter verbessern. Ein Unternehmen, das mit Hilfsrahmen aus Aluminiumlegierung arbeitete, reduzierte mithilfe einer Simulation den Leerhub um 25 % und die Schnittkraftschwankung um 40 %. Dadurch verkürzte sich die Bearbeitungszeit von 45 Minuten auf 28 Minuten. Durch die Änderung der Vorschubgeschwindigkeit im laufenden Betrieb wurde außerdem die Werkzeugverschleißrate halbiert.
Die Fehlerkompensationstechnologie stellt sicher, dass die Genauigkeit gleich bleibt.
Leichte Teile sind sehr anfällig für Fehler beim Fräsen. Laserinterferometer werden von numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen verwendet, um die thermische Verformung der Spindel, Probleme mit der Schraubensteigung und andere Dinge in Echtzeit im Auge zu behalten. Diese Informationen stellen sie dann automatisch dem Steuerungssystem zur Verfügung. Beispielsweise hält die Fehlerkorrekturtechnologie bei der Herstellung von Getriebewellen aus Kohlefaser den Koaxialitätsfehler zwischen 0,05 mm und 0,02 mm, was die Effizienz der Kraftübertragung um 3 % erhöht.
3. Ein Effizienz-Booster für schnelles Prototyping und flexible Produktion
Leichte Autos brauchen ein gutes Gleichgewicht zwischen ihrer Forschungs- und Entwicklungsleistung und ihrer Flexibilität in der Produktion. Mit der numerisch gesteuerten Bearbeitungstechnologie können Sie schnell Muster herstellen und Produktionslinien ändern, was den Produktiterationszyklus beschleunigt.
CNC-Quick-Prototyping hilft bei der Überprüfung von Designs.
Mit der CNC-Bearbeitung können in 72 Stunden Prototypen aus Aluminiumlegierung für Batteriekästen von Fahrzeugen mit neuer Energie hergestellt werden, was 80 % schneller ist als die Herstellung mit herkömmlichen Formen. Ein bestimmtes Unternehmen nutzte die CNC-Bearbeitung, um die Machbarkeit eines Hohlstrukturdesigns an Batterieträgerproben aus Magnesiumlegierung zu testen. Dadurch konnten das Gewicht des Endprodukts um 25 % und die Verarbeitungskosten der Proben durch die Verbesserung des Spannschemas um 60 % gesenkt werden.
Die flexible Fertigungslinie kann viele verschiedene Produktionsarten bewältigen.
Durch die Kombination von CNC-Werkzeugmaschinen mit Industrierobotern und AGV-Wagen ist eine flexible Produktionslinie für leichte Teile entstanden. Beispielsweise konnte eine bestimmte Getriebefabrik mithilfe von CNC-Bearbeitungszentren und automatisierten Vorrichtungssystemen zwölf verschiedene Getriebetypen gleichzeitig herstellen. Dadurch konnte die Umrüstzeit von 2 Stunden auf 15 Minuten verkürzt und die Gesamtanlageneffizienz (OEE) um 40 % gesteigert werden.
Einsatz der Digital-Twin-Technologie zur Verbesserung der Prozessparameter
Bei der Bearbeitung von leichten Aluminiumlegierungsrädern modelliert das CNC-System mithilfe digitaler Zwillinge, wie sich das Temperaturfeld bei unterschiedlichen Schnittgeschwindigkeiten verändert. Anschließend werden die besten Einstellungen automatisch in die Werkzeugmaschine importiert. Durch den Einsatz dieser Methode konnte ein bestimmtes Unternehmen die Oberflächenfehlerrate bei der Radnabenbearbeitung von 5 % auf 0,3 % senken und ungeplante Ausfallzeiten durch die Prognose des Werkzeugverschleißes um 70 % reduzieren.