Automobiliesiems pritaikymas: kaip 5 ašių CNC apdirbimas pagreitina formų prototipų ir gamybos procesus

Suprantama 5 ašių CNC apdirbimas automobilių formų kūrimo procese

Kodėl automobilių formos reikalauja didelio tikslumo ir sudėtingumo

Automobilių formų atveju, siekiant užtikrinti vienodas dalis visoje linijoje, beveik būtina išlaikyti nuokrypimus mažesnius nei 20 mikronų. Prie tokių tikslumo reikalavimų yra tokios dalys kaip cilindrų galvos, įsiurbimo kolektoriai ir net apšvietimo korpusai. Problema kyla tada, kai tenka dirbti su sudėtingomis formomis – pasvirusiomis aušinimo kanalų kryptimis, labai plonomis sienelėmis arba lygiomis aerodinaminėmis paviršiais. Standartinės 3 ašių sistemos jau nebeveiksmingos šiuose darbuose. Kai kyla problemų, dažniausiai atsiranda defektai – išsikišimai, sienelės per storesnės vienuose vietose ir per plonos kitose, o kartais dalys sugenda kur kas anksčiau laukiamo jų tarnavimo laiko. Remiantis 2023 metų tyrimais apie gamybos technologijas, beveik 60 proc. visų automobilių formų problemų yra susijusios su netikslumu apdirbant. Tik vien ši statistika įtikinamai paaiškina, kodėl vis daugiau gamintojų pradeda naudoti 5 ašių CNC stakles, kurios geriau valdo trimatį erdvės apdirbimą.

Kaip 5-asis CNC Leidžia apdirbti sudėtingas geometrijas per vieną įstatymą

Sukant darbo detalę arba pjūklą per dvi papildomas ašis, 5 ašių CNC staklės pašalina būtinybę rankiniu būdu keisti padėtis, kad būtų atlikti įpjūviai, nuolydžiai ir formos paviršiai. Tai sumažina įrengimo keitimą iki 70 % lyginant su 3 ašių sistemomis, kaip parodyta žemiau:

Parametras	3-asis mašininis gamybos	5 ašių CNC apdirbimas
Vidutinis įrengimų skaičius vienam formui	4–6	1
Įrankių pasiekiamumo apribojimai	Aukštas	Minimalus
Ciklo laiko sumažinimas	Vidurkis	Iki 40 %

Nuolatinė įrankio judėjimo trajektorijos optimizacija užtikrina nuolatinį įrankio sąlyčio kampą, sumažindama vibracijas ir išlaikydama paviršiaus kokybę.

Integracija su skaitmeniu dvyniu ir CAD/CAM sistema, kad būtų sukurti protingesni formų projektai

Naujausias 5 ašių darbo procesas sujungia CAD CAM programas su skaitmeninės dvynės technologija, kad inžinieriai galėtų išbandyti, kaip formos veiks prieš iš tikrųjų pjaustant metalą. Turėdami šiuos įrankius, specialistai gali numatyti problemų, tokio kaip šiluminis deformavimas, aušinimo skysčio pasisklaidymo problemos ir išmetimo metu atsirandantys jėgos. Pagal naujausius tyrimus tai sumažino prototipų ciklų skaičių maždaug 30 procentų. Keičiant pjaustymo kelią naudojant simuliacijos atsiradusią informaciją, tikslumas gerėja akivaizdžiai. Privalumai ypač pastebimi, kai dirbama su sunkiomis medžiagomis, tokios kaip H13 įrankių plienas ar sudėtingos kompozitinės medžiagos, kurios derina plastiką su stiprinančiais pluoštais.

Prototipų ciklų pagreitinimas su 5-asis CNC Technologijos

Automobilių pramonės siekis sutrumpinti plėtros laikotarpį padarė 5 ašių CNC pagrindiniu greitojo prototipavimo priemone. Dėl įrankių prieigos iš kelių krypčių ir beveik besiūlių CAD/CAM integracijos galima kurti funkcinius prototipus, kurie labai tiksliai atspindi galutinius komponentus, o tai pagreitina dizaino patvirtinimą.

Funkcinių automobilių komponentų greitas prototipų tobulinimas

Didžiausias 5 ašių CNC staklių privalumas yra tas, kad jos pašalina visą varginantį rankinį perkėlimo darbą. Inžinieriai dabar gali susidoroti su sudėtingomis detalėmis, tokiose kaip įsiurbiamojo kolektoriaus arba pavarų dėžės korpuso komponentai, nepertraukiamai keisdami pozicijas. Naujausias Automobilių gamybos asociacijos tyrimas taip pat parodė gana įspūdingus duomenis. Komandos, dirbančios su šiais pažengusiais sistemomis, pagal jų tyrimų duomenis sumažino prototipų iteracijas beveik dviejų trečdalių. Paimkime pavyzdžiui cilindrų galvutes. Tai, kas anksčiau dirbtuvėse užtrukdavo aštuonias ilgas valandas, dabar atliekama vos per dvi. Toks laiko taupymas daro milžinišką skirtumą, kai terminai yra kieti ir konkurencija automobilių R&D skyriuose visoje šalyje yra aštri.

Tikslumas, greitis ir lankstumas mažo tūrio prototipų gamyboje

Netrukstantis automobilių gamintojų vis dar reikalauja dalių, pagamintų iki 0,01 mm tikslumu, net kai jie gamina tik mažas partijas. Toks mažas tolerancijos intervalas nuosekliai pasiekiamas dėl 5 ašių CNC staklių, kurios darbo metu nuolat koreguoja pjūvio kelią. 2024 metų pramonės ataskaitų duomenys taip pat parodė kažką įdomaus: naudojant šias pažengusias technologijas, įmonės sutaupė apie 40 procentų mažiau medžiagos atliekų, gaminant stabdžių žnyplių formas. Medžiagoms, tokios kaip didelės stiprumo aliuminis, su kuriomis daugelis dirbtuvių susiduria su sunkumais, šis tikslumas daro visą skirtumą. Tradicinės apdirbimo technologijos linkusios sukelti problemas, tokias kaip vibracijos žymės ir dalių deformacija, ko niekas nenori matyti galutiniuose produktuose.

5 ašių CNC staklių ir adityvinės gamybos lyginimas automobilių prototipų kūrimo srityje

Pridėtinis gamybos metodas puikiai tinka tuščiavidurių detalių ir sudėtingų tinklelių struktūrų gamybai, tačiau kai reikia gauti gražų lygų paviršių ir kokybišką konstrukciją, niekas negali pranokti 5 ašių CNC apdirbimo. Pagal praėjusiais metais atliktą prototipų lyginamąjį tyrimą, buvo nustatyta, kad ABS daviklių korpusai, pagaminti naudojant CNC stakles, turėjo apie 32 procentus mažiau trūkumų, kuriuos reikėjo taisyti po gamybos, lyginant su 3D spausdintomis detalėmis. Tačiau sektorius pradeda matyti abiejų metodų derinimo prasmę. Daugelis pirminių tiekėjų iš pradžių naudoja pridėtinio tipo gamybą, kad greitai gautų prototipą, o vėliau pereina prie CNC staklių, kai reikia sukurti funkcionalų modelį, kuris būtų naudojamas testavimo fazėje.

Gaminio efektyvumo didinimas didelio kiekio formų gamyboje

Paruošimo laiko ir ciklo trukmės mažinimas formų ir įrankių gamyboje

5 ašių CNC mašinos iš esmės pašalina būtinybę atlikti visą tą nuobodžią rankinio perkėlimo darbą, nes jos nuolat laiko įrankį besiliečiantį su medžiaga net ir labai sudėtingomis formomis. Paruošimo laikas smarkiai sumažėja lyginant su tradicinėmis 3 ašių sistemomis – maždaug nuo pusės iki trijų ketvirtadalių mažiau. Kai kalba eina apie daugiakamerius formų įrenginius, skirtumas yra milžiniškas. Paimkime, pavyzdžiui, įkaitintos plieno formos su dvylika kamerų automobilio apdailos detalėms – tai, kas anksčiau reikėdavo keturių atskirų įtvirtinimo ciklų, dabar atliekama per vieną operaciją. Toks efektyvumo padidinimas turi ir realybės pasekmių. Pagal praėjusiais metais paskelbtą automobilių įrankių lyginamąjį tyrimą, didelės automobilių tiekėjų įmonės pažymėjo, kad formų pristatymo laikas pagerėjo apie 28 procentus.

Balansavimas išlaidų pradžioje su ilgalaikiu 5 ašių sistemų grąžinimu

Nors 5 ašių mašinos reikalauja 30–40 % didesnių pradinių investicijų, jų grąža tampa akivaizdi per 18–24 mėnesių dėl sumažėjusio darbo ir atliekų. 2024 metų liejimo į formas pramonės analizė parodė, kad dirbtuvės, kurios per metus dirba daugiau nei 10 000 formų valandų, pasiekia 22 % mažesnes vieneto kainas, priėmus 5 ašių platformas.

Automatizacijos ir darbo užtvirtinimo inovacijos mastelio gamybai

Robotiniai palletų keitikliai kartu su išmaniomis gnybtuvais leidžia paleisti mašinas per naktį be priežiūros, kad būtų galima dirbti nuo aliuminio prototipų iki rimtų gamybos klasės plieno įrankių. Prijungus geras adaptacines aušinimo sistemų, įmonės pastebi maždaug dvigubai mažiau pertraukimų savo cikluose. Tai yra labai svarbu, kai bandoma išlaikyti kietas ±0,01 mm specifikacijas ilgalaikės poliravimo darbų metu. Tačiau tikras žaidimo keitimas yra pažengusios maršrutų planavimo algoritmai. Įmonės praneša, kad mašinose faktiškai naudingą laiką pasiekia 9 iš 10 valandų net aukščiausios gamybos metu, o tai yra esminis skirtumas konkurencingose gamybos sąlygose.

Pasiekiamas aukštesnis tikslumas ir paviršiaus apdaila automobilių formose

Teikiamos veidrodinio paviršiaus kavitacijos su nuolatine įrankio maršrutų optimizacija

5 ašių CNC pasiekia paviršiaus šiurkštumą žemiau Ra 0,4 µm įformos kavitacijose palaikant optimalius įrankių darbo kampus (NIST 2023). Skirtingai nuo 3 ašių sistemų, vienu metu judant 5 ašimis, išvengiama matomų žymių pokyčių kryptimi. Pažengusi CAM programa leidžia:

• 95 % nuoseklumo tarp žingsnių per lenktas paviršius
• Automatinis špindelio sukio greičio reguliavimas kietiems plienui (50–55 HRC)
• 60 % mažiau rankinio poliravimo nei tradicinės frezavimo priemonės

Užtikrinti matmenų tikslumą per sudėtingas įformos paviršius

Terminio kompensavimo algoritmai neleidžia įrankiui išsitempti nuo karščio, išlaikant ±0,0127 mm padėties tikslumą per 12 valandų darbą. Įformoms su giliais nubrozdinimais, tokiais kaip kondicionavimo kanalai, 5 ašių sistemos pasiekia 99,7 % pirmojo bandymo atitikimą per:

1. Mikroperjungiklio realaus laiko patikrinimas pagrindinių funkcijų
2. Adaptyvus frezavimo strategijas su nuolydžiais mažesniais nei 0,5°
3. Automatinis susidūrimų aptikimas giliuose kavitacijos zonose

Atvejo analizė: 40 % greitesnis įformų kūrimas pas Tier-1 automobilių tiekėją

2024 m. pramonės analizė parodė, kaip 5 ašių CNC sumažino priekinio žibinto lęšio formos gamybos laiką nuo 34 iki 20 dienų. Sistema leido apdirbti tiesiogiai:

• 7nepriklausomus slydimo kampus vienoje pozicijoje
• 0.02 mm spindulio detalių, kurios formuoja šviesos sklaidos raštus
• Ra 0,8 µm tekstūruotų paviršių, atitinkančių A klasės standartus

Tai pašalino tris papildomas operacijas ir sumažino atliekų kaštus 18 tūkst. USD vienai formai, lyginant su ankstesniais 3 ašių procesais.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kokie yra 5 ašių CNC mašinų naudojimo automobilių formų kūrimo procese privalumai?

5 ašių CNC mašinos siūlo aukštą tikslumą ir sudėtingų formų valdymą, leidžiant kurti formas su mažesniais nei 20 mikronų nuokrypiais. Jos palaiko greitesnį prototipų kūrimo ciklą, sumažina patekimo laiką, pašalina būtinybę rankiniu būdu keisti pozicijas ir užtikrina aukštos kokybės paviršiaus apdorojimą.

Kaip 5 ašių CNC apdirbimas skiriasi nuo adityvinės gamybos?

Nors adityvinis gamybos metodas puikiai tinka kurti tuščiavidurius komponentus ir sudėtingas struktūras, 5 ašių CNC apdirbimas yra geresnis siekiant lygios baigties ir kokybiškos konstrukcijos, suteikiantis mažiau gamybos problemų.

Koks yra 5 ašių CNC poveikis medžiagos atliekoms formų gamybos metu?

Automobilių gamintojai pastebėjo 40 % mažiau medžiagos atliekų, sumažėjusius vibracijos ženklus ir minimalų deformavimąsi naudojant 5 ašių CNC mašinas formų gamybai.

Kokios yra pradinės išlaidos lyginant su ilgalaikiais grąžinimais investuojant į 5 ašių CNC mašinas?

Nors pradinė investicija yra 30–40 % didesnė, 5 ašių CNC mašinų grąžinimas tampa akivaizdus per 18–24 mėnesių laikotarpį dėl sumažėjusių darbo ir atliekų išlaidų.