A nagyteljesítményű foghántolás leggyorsabban növekvő módszer a fogaskerekek megmunkálásához
Az elektromos járművek gyártóinak segítése a versenyben
„A verseny az” – mondta John Mackey amerikai üzletember – „ami arra kényszeríti a vállalatokat, hogy kilépjenek önelégültségükből.” Ezt látjuk az elektromos járművek (EV) globális piacán. A gyártóknak könnyebb és kompaktabb EV-erőátvitelt kell gyártaniuk szívós anyagokból, például gyengén ötvözött acélokból – és azok, akik a hagyományos gyártási folyamatokra támaszkodnak, a lemaradást kockáztatják. Mats Wennmo, globális járműipari erőátviteli vezető a fémforgácsolási szakértő Sandvik Coromantnál elmagyarázza, hogy miért létfontosságú a nagyteljesítményű foghántolás a versenyképes gyártás szempontjából.
Az elektromos járművek (EV-k) értékesítése az elmúlt években nagyot ugrott előre. Az EV-Volumes szerint 2022 februárjában 541 780 új, hálózati csatlakozóból feltölthető elektromos autót regisztráltak világszerte, kétszer annyit, mint az előző év februárjában. Eközben a Virta jelentése szerint 2021 első hat hónapjában 1,06 millió új EV-t regisztráltak Európában, szemben az előző év első félévében regisztrált 413-mal. Ez több mint 157%-os növekedést jelent, míg a regisztrációk száma Kínában – a másik jelentős piac, amely az elektromos autók értékesítését ösztönzi – és az Egyesült Államokban több mint 197%-kal, illetve 166%-kal emelkedett.
Ezekből az adatokból egyértelmű, hogy a globális elektromos járművek piaca gyorsan növekszik, de mi mozgatja ezeket az eladásokat? Az egyik tényezőt az ambiciózus zéró kibocsátási célok jelentik, amelyeket az Európai Unió (EU), Ázsia és az Egyesült Államok vállaltak. Az EU vállalta, hogy 2030-ra legalább 40%-kal az 1990-es szint alá csökkenti az üvegházhatású gázok kibocsátását, Kína pedig 60–65%-kal a 2005-ös szint alá. Az USA eközben vállalta, hogy 2025-re 26–28%-kal csökkenti a 2005-ös szinthez képest.
Milyen szerepet játszhatnak az elektromos járművek abban, hogy ezek az országok elérjék céljaikat? Az igazság az, hogy az elektromos járművek és a belső égésű motorral hajtott járművek környezeti előnyeinek összehasonlítása nem egyértelmű. A Carbon Brief szerint ez függ a járművek méretétől, a felhasznált üzemanyag-gazdaságossági becslések pontosságától, a villamosenergiával kapcsolatos kibocsátások kiszámításának módjától, a feltételezett vezetési szokásoktól, sőt még a járművek használatának régiójában uralkodó időjárástól is. Nincs egyetlen, mindenhol érvényes becslés. A Carbon Brief jelentése mindazonáltal arra a következtetésre jut, hogy az elektromos járművek élettartamuk alatt összességében jóval alacsonyabb kibocsátást okoznak, mint a belső égésű motorral hajtott járművek.
Az e-mobilitási technológiák támogathatják a másik két fő tényezőt is, amelyek az elektromos járművek értékesítését ösztönzik. Először is, a hatékonyabb és megújuló energiaforrások használata felé való globális elmozdulás, ahogyan azt a közelmúltban felvázolta Ursula von der Leyen, az Európai Bizottság elnöke. Másodszor, a fogyasztók változó hozzáállása. A PwC 2021. decemberi Global Consumer Insights Pulse Survey felmérésében megkérdezettek fele azt állította, hogy a világnézetük környezetbarátabbá vált.
Bolygókerekes hajtómű
Az autógyártók és az eredetiberendezés-gyártók (OEM-ek) számára a fenti tényezők mind azt hangsúlyozzák, hogy el kell távolodni a hagyományos belső égésű motoroktól, és Kína és Európa vezető szerepet fog játszani ezekben a fejlesztésekben. Ezek az EV-piacok is változatos és versenyképes játékteret fognak alkotni, mivel a nagyobb, elismert vállalatok, mint például a Porsche, olyan kisebb, globálisan terjeszkedő gyártókkal versenyeznek, mint a Polestar.
Ugyanakkor az elektromos járművek gyártása további kihívásokat is jelent majd – ezeket fogjuk megvizsgálni –, és fennáll a veszélye annak, hogy a hagyományos gyártási folyamatokra támaszkodó gyártók lemaradnak. Ezen kihívások vizsgálatához a hajtóműalkatrészek gyártására összpontosítsunk.
A percenkénti fordulatszám (rpm) fogaskerekekkel történő szabályozása alapvető fontosságú mindenféle jármű esetében, beleértve az elektromos járműveket is. Minden EV-erőátvitel úgynevezett redukciós erőátvitel, amelyet úgy terveztek, hogy csökkentse a jármű sebességét, hogy az gazdaságosan szabályozható és vezethető legyen. Mivel egy EV-ben nincsenek belső égésű motorhangok, az erőátvitel bármilyen zaja észrevehető. A fő feladat tehát a zajok elkerülése. Itt döntő szerepet játszik a megmunkálási összeállítás minősége, hogy az erőátvitel a lehető legkompaktabb, legkönnyebb és legzajmentesebb legyen.
Az EV-k erőátviteli rendszerei főként bolygóműves kialakításúak, a bolygókerekek és a napkerék a perifériás gyűrűs fogaskerékbe vannak beszerelve egy kompakt és könnyű egységben. A gyűrűs fogaskerék a legnehezebben gyártható alkatrész, mivel vékony falú és nagy igényeket támaszt a kerekséggel szemben. Sajnos a hagyományos gyártási folyamatok számos idő- és költségbeli hátránnyal súlyosbíthatják ezeket a nehézségeket.
Hagyományos gyártás
A hagyományos gyártási folyamatok jellemzően egycélú gépekre támaszkodnak. Minden gép a megmunkálás egy bizonyos területére korlátozódik, és a munkadarabot egyikről a másikra adják át. Ez rugalmatlanná teszi a gyártósorokat az alkatrész-kialakítási módosításokra való reagálásban.
A munkadarab gépről gépre történő mozgatása szintén ronthatja az alkatrész minőségét ütés és a középponti eltérések kialakulásával. Az utólagos hőkezelés nehezebben szabályozható, és a hagyományos lágy megmunkálási módszerek, valamint az azokat követő köszörülési eljárások nagyon költségesek. Ezek a folyamatok további olajalapú megmunkálást is igényelnek, a megmunkálás és a forgácselvezetés elősegítéséhez.
Ezek a hátrányok az elkövetkező években csak még hangsúlyosabbá válnak az elektromos járművek várható főbb gyártási trendjeinek fényében. Az új erőátvitelek fejlesztése során is számíthatunk a nagyobb fordulatszámok iránti igényre, a nagyobb termelékenység és rugalmasság iránti egyidejű igényre, valamint a rövidebb megtérülés (ROI) iránti igényre. A rugalmatlan, egycélú gépek egyre hátrányosabbá válnak, mivel a rugalmasság, a termelékenység és a jövedelmezőség egyre fontosabbá válik az EV-alkatrészek gyártásában.
Ezért a gyártóknak korszerűsíteniük kell hagyományos gyártási folyamataikat. De hogyan kellene ezt megtenniük? Ennek egyik módja a multitask gépekbe való beruházás. Mint említettük, a hagyományos gyártásban általánosan használt köszörülőberendezések drága beruházást jelenthetnek. Ezt úgy lehet megkerülni, ha a fogaskerék-alkatrészek megmunkálását két folyamatra, lágy és kemény megmunkálásra osztjuk. Ezek a módszerek egyetlen, multitask gépösszeállításban is megvalósíthatók.
A multitask gépek kiküszöbölhetik a megmunkálási folyamatokat, a hozzájuk kapcsolódó időt és költségeket, valamint javíthatják az alkatrészek minőségét. A gépek az ügyfél számára is előnyökkel járnak. A termékminőség javulása mellett a gyártási ciklusidő is jobb, vagy legalábbis megegyezik a meglévő gyártási megoldásokéval. A Sandvik Coromant a végfelhasználók esetében legalább 30%-os költségcsökkentést tapasztalt.
Végül a gyártók nagyobb rugalmasságot érhetnek el a jövőbeni e-mobilitási alkatrészek gyártásában. Az eljárás lehetővé teszi az erőátviteli alkatrészek méret- és súlycsökkentését. A nagy teljesítményű foghántolás alkalmazható belső és külső fogaskerekek és bordák esetén is, azonban belső megmunkálás esetén jelent különösen termelékeny megoldást. A módszer rendkívül jól működik tömeggyártásban, ahol a rövid átfutási idők döntő fontosságúak.
Egységes, folytonos folyamat
Mint említettük, a gyűrűs fogaskerék a legnehezebben előállítható alkatrész a bolygóművekben, de a nagyteljesítményű foghántolás koncepciója – amely valójában már több mint egy évszázada létezik – a leghatékonyabb megoldásként kezd elterjedni ehhez. A nagyteljesítményű foghántolási folyamat az alakítást és a lefejtőmarást – egy fogaskerék-forgácsolási megmunkálási folyamat – egyetlen folytonos forgácsolási folyamatban ötvözi.
Ennek számos fontos előnye van a hagyományos megmunkálási módszerekkel szemben. Egy egycélú gép alkalmazása helyett, a nagyteljesítményű foghántolással egy teljes alkatrész megmunkálható egyetlen multitask géppel, ami nagyobb termelékenységet és rugalmasságot biztosít. Nincs szükség speciális gépekre, és a gépcserék miatti minőségi korlátozások teljesen kiküszöbölhetők. Ez jelentősen csökkenti a teljes gyártási időt – szemben az olyan folyamatokkal, amelyek üregelésből, alakításból és lefejtőmarásból állnak – a kezelhető és kiszámítható alkatrész-megmunkálás érdekében.
A nagyteljesítményű foghántolás egyre népszerűbb, és 2014 óta több mint 700 nagyteljesítményű foghántolási szerszámgépet szállítottak le. Ezek többsége – több mint 60%-a – multitask gép. Ez azt jelenti, hogy a fő megmunkálási folyamatok ugyanabban az egyetlen összeállításban történnek. Ez javítja az alkatrész minőségét és hatékonyabb megmunkálást tesz lehetővé.
A Sandvik Coromant saját, kiváló minőségű szerszámokat fejlesztett ki a nagyteljesítményű foghántoláshoz, amelyeket arra optimalizáltak, hogy támogassák ügyfeleiket az EV-k erőátviteli alkatrészeinek pontos megmunkálásában. Ide tartozik a CoroMill® 178, egy tömör nagyteljesítményű foghántoló maró, amely rendelhető porkohászati gyorsacélból (PM-HSS) vagy tömör keményfémből. Továbbá a CoroMill® 180, egy váltólapkás marószerszám, amely kiváló és megismételhető pontosságot biztosít. A szerszámok optimalizálhatók a szerszám merevsége és kinyúlása, a hűtőközeg-hozzávezetés és a maximális éltartam tekintetében. Ezek a tényezők együttesen megbízható, éjjel-nappal működő termelést biztosítanak.
Rövidebb megmunkálási idő
Amikor egy gyengén ötvözött acélból készülő fő fogaskerekeket gyártó vállalat le akarta váltani az időigényes alakítási folyamatot, a Sandvik Coromanthoz fordult. Az ügyfél a meglévő eljárásait nagyteljesítményű foghántolással váltotta fel, és emellett a korábban használt négy dedikált gépet két multitask gépre tudta cserélni.
Végül az ügyfél megmunkálási ideje 90%-kal csökkent, a szerszámok éltartama pedig jelentősen megnőtt. Más esetekben a hagyományos eljárásokhoz képest két-háromszor gyorsabbnak bizonyult a nagyteljesítményű foghántolás.
A Sandvik Coromant központjaiban minden egyes EV-erőátviteli gyártó vagy a vállalkozója modern, multitask gépeken munkálhatja meg a saját alkatrészeit nagyteljesítményű foghántolással. Képzett és tapasztalt munkatársak készen állnak arra, hogy támogassák az ügyfelek közelgő beruházásait, hogy az EV-k számára termelékeny, hatékony és rugalmas fogaskerék-megmunkálást érjenek el – mindezt egyetlen összeállításban.
Többek között ezek azok az okok, amelyek miatt a fogaskerekek megmunkálásának leggyorsabban terjedő, idő- és költségmegtakarítást kínáló módszere a nagyteljesítményű foghántolás. A kisebb gyártók számára is elérhető, segítve őket abban, hogy magasabb szinten versenyezzenek, a nagyobb gyártók számára pedig – John Mackey szavaival élve –, hogy „kilépjenek az önelégültségükből”.
Ha többet szeretne megtudni az EV-erőátviteli alkatrészek gyártásakor alkalmazott nagyteljesítményű foghántolás előnyeiről, látogasson el a Sandvik Coromant webhelyére.