Soluţii avansate de prelucrare pentru industria auto

În ultima perioadă industria auto a fost caracterizată de o multitudine de factori în permanentă schimbare; prețul instabil al petrolului, cerințe legate de mediul înconjurător din ce în ce mai severe, tehnologii din ce în ce mai performante - sunt doar câteva exemple.

În consecință, piața auto globală este într-o schimbare permanentă, caracterizată în primul rând de o competiție acerbă între producători, fapt care imprimă și tendințele actuale legate de producția în sine.

Optimizarea motorului cu combustie internă/ reducerea dimensională a motoarelor

Motoarele moderne sunt din ce în ce mai mici, mai ușoare, mai economice și mai ecologice în același timp. Sunt și mai silențioase și în același timp oferă și cu 25-30% mai multă putere, moment superior comparativ cu generația precedentă de motoare (creșterea fiind similar celei a puterii).

Omniprezenta turbosuflantă joacă un rol cheie în optimizarea motoarelor. Aceasta utilizează gazele rezultate din combustie pentru a roti o turbină, care acționează un compresor. Componentul mixt rezultat (aer/combustibil), împins în camerele de combustie ale motorului, amplifică performanțele acestuia și, în primul rând, îi mărește foarte mult eficiența.

O consecință nedorită a utilizării turbosuflantei o reprezintă temperature foarte ridicată la care este supusă carcasa acesteia – aprox. 900°C la motoarele diesel și până la 1100°C în cazul celor pe benzină. Este crucial ca, la aceste temperaturi înalte, componentele să funcționeze efficient și de aceea, carcasele sunt realizate din oțeluri inoxidabile austenitice, oțeluri turnate rezistente la temperaturi înalte, caracterizate prin stabilitate termică foarte bună și turnabilitate excelentă.

Soluția ar fi perfectă dacă din punctul de vedere al prelucrării nu ar fi probleme. De fapt însă, mulți producători de turbine întâmpină mari probleme de prelucrare, atunci când utilizează scule standard. De obicei, plăcuțele din carbură au durabilități foarte scăzute în prelucrarea carcaselor. Mai mult, spargerea plăcuțelor în prelucrare sunt fenomene obișnuite, care de multe ori produc deteriorarea piesei, a utilajului – pe scurt, pagube importante.

Ca furnizor de vârf în această industrie pretenţioasă, ISCAR – prin departamentul său AUTOMOTIVE – a investit mult în rezolvarea acestor probleme. De fapt, problemele importante sunt două la număr și se referă la:

1) Durabilitatea muchiei așchietoare

2) Micșorarea timpului de prelucrare prin realizarea de scule speciale

Durabilitatea amplificată reduce timpii de oprire și eficientizează procesul. Astfel, departamentul R&D a dezvoltat câteva carburi noi, dedicate, capabile să prelucreze la viteze foarte ridicate și, în același timp, să dezvolte mult mai încet uzuri ale muchiei. ISCAR a adus pe piață combinații imbatabile între noi tipuri de carburi, geometrii noi, inovatoare și tratamente revoluționare post-acoperire, având ca rezultat durabilități surprinzător de ridicate.

Carbura MS32 – o nouă dezvoltare ISCAR – a fost creată pentru utilizarea în operaţii de frezare de eboș și finiție. Substratul asigură echilibru perfect între duritate și tenacitate, iar acoperirea revoluționară de tip CVD îi mărește foarte mult rezistența la abraziune. Această nouă carbură se comportă excelent atât în prelucrări uscate, cu răcire, cât și în mediu MQL.

• FIGURA 1

De exemplu, freza frontală SOF458/16-D100- 10-32R (figura 1) cu diametrul de 100 mm, echipată cu 10 plăcuțe standard S845 SNHU 1305__MS32, îndepărtează cu ușurință adaos de prelucrare de 6 mm, la prelucrarea oțelului turnat  austenitic rezistent la temperaturi ridicate, cu Vc= 150m/min și f=3mm/rot., atingând durabilități de 25-30 piese. Produsele concurente, în aceleași condiții, cu greu ating durabilități de 12 piese pe muchie.

Economii suplimentare sunt realizate prin eliminarea câtorva operații standard, utilizând scule multifuncționale. De exemplu, scula prezentată mai jos, este capabilă să realizeze 5 operații diferite: alezare eboș, prelucrare rază la colț, alezare de finisare, lamare și șanfrenare – toate printr-o singură mișcare axială. Presupunând că fiecare operație durează aproximativ 5 secunde, utilizând o astfel de sculă ISCAR, se pot economisi aproximativ 20 de secunde prețioase pe ciclu.

O altă consecință favorabilă legată de utiliza­rea sculelor multi-funcționale este faptul că se economisește și timp de înlocuire a sculelor; pre­supunând că schimbarea fiecărei scule consumă și ea aprox. 5 secunde, putem afirma că alte 20 de secunde pot fi scăzute din timpul inițial de ciclu.

În concluzie, prin implementarea unei ast­fel de scule, ISCAR reușește să economisească aproximativ 40 de secunde, ceea ce duce la o creștere serioasă a profitabilității clientului său. Acestor cifre li se mai pot adăuga și alte avantaje, precum economie de energie electrică, de timp de pregătire (set-up), amortizarea mai rapidă a mijloacelor fixe etc.

 Bloc motor

Cu aproximativ 10-15 ani în urmă, obișnuitele blocuri motor din fontă au fost înlocuite cu cele bi-metal (blocuri din aluminiu cu inserții de fontă). Astăzi, din ce în ce mai mulți producători de mașini au înlocuit această soluție cu metoda acoperirilor termice (sau CBC în engleză, abre­viere de la Cylinder Bore Coating) aplicate direct pe pereții din aluminiu ai alezajelor. Există câteva metode de acoperire prin pulverizare:

• PTWA (Plasma Transferred Wire Arc Spraying);
• APS (Atmospheric Plasma Spray);
• TWA (Thermal Wire Arc Spraying).

Acoperirile aduc multe îmbunătățiri performanțelor automobilului, principalele fiind următoarele două:

• Greutatea – motoarele devin mult mai ușoare.
• Lubrifierea – frecarea dintre cilindri și pistoane se reduce mult, datorită microstructurii acoperirilor.

Una dintre problemele majore puse în fața prelucrătorilor în aceste situații este necesitatea prelucrării unor durități relativ mari. De aseme­nea, grosimea stratului de acoperire este inconstantă.

De aceea, o operație finală de honuire prin care se asigură forma și dimensiunile finale poate fi un proces lung și complicat.

Inginerii de la ISCAR și-au propus să scurteze pe cât posibil timpul de ciclu al unei astfel de operații. În primul rând, au reușit să elimine etapele de alezare-honuire de eboș prin intro­ducerea unei singure operații de finisare foarte rapide. Scula este echipată cu 4-6 plăcuțe ISCAR PCBN, fiecare cu posibilitatea de reglare pentru obținerea unui diametru foarte precis.

Datorită PCBN, aplicația se desfășoară foarte rapid, cu parametri de așchiere ridicați. De exem­plu, la alezarea unui cilindru cu diametrul de 100 mm se lucrează cu Vc = 400...700 m/min și f=1-1.2 mm/rot.

•  FIGURA 2

În anumite situații, în care evacuarea șpanu­lui poate reprezenta o problemă, plăcuța PCBN este realizată cu spărgător în zona de degajare. Odată încheiată operația de alezare, muchiile așchietoare se deplasează către centrul sculei pentru a preveni zgârierea suprafeței alezate la retragerea acesteia (figura 2).

Există practic două mecanisme uzuale (în funcție de tipul mașinii): acționare prin interme­diul unui ax, cu 2 poziții (,,ON’’ – în timpul operației de alezare propriu-zisă și ,,OFF’’ – pentru retragere) sau acționare prin intermediul unui ax prevăzut cu control numeric, care poate varia diametrul sculei în timp real. De exemplu, pentru producerea unei găuri conice sau a unei găuri profilate, această facilitate este extrem de utilă.

Un factor cheie pentru succesul acestor operații îl reprezintă alegerea corectă a calității PCBN, în concordanță cu materialul prelucrat.

Echilibrul corect între duritatea și tenacitatea carburii este cel mai important. De asemenea, utilizarea PCBN cu lichid de răcire nu este recomandată; totuși, unii producători insistă să lucreze în mediu umed. În acest caz, trebuie reconsiderată alegerea calității PCBN în funcție și de tipul răcirii (emulsie, ulei, MQL). Geometria muchiei așchietoare se alege, de asemenea, în funcție de materialul de prelucrat, de parametrii regimului de așchiere, de adâncimea de așchiere (ex: muchie tip ,,T’’ , ,,E’’ , ,,S’’, muchie vie, honuită, etc.)

 Supape

Aceste componente, în special cele care lucrează pe evacuare, sunt supuse unor încărcări termice ridicate. Așa cum am menționat anterior, temperaturile gazelor evacuate ajung la peste 900°C, ceea ce reprezintă o provocare serioasă pentru materialele din care sunt realizate, mai ales că aceste condiții favorizează uzura excesivă și oboseala prematură.

Câteva companii de vârf au dezvoltat tehnologii noi, pentru rezolva­rea acestor probleme. O soluție este ca supapa să fie găurită până în zona capului, iar această cavitate să fie umplută cu sodiu. Sodiul este un bun absorbant al energiei termice în timpul funcționării motorului și se topește.

Forțele create, care aduc în supapă un efect de ,,scuturare’’, deplasează sodiul lichid în lungul acesteia.

Supapa are astfel un efect de disipare a căldurii în zona capului, rămâne mai rece, este astfel mai durabil, iar riscul aprinderii supapei sau al deteriorării se reduce.

Pentru a permite sodiului lichid să alunece ușor în interiorul supapei, suprafața pereților cavității interne trebuie să fie cu rugozitate cât mai mică.

Pentru această aplicaţie specifică, ISCAR recomandă să se lucreze cu burghie GUN cu vârf monobloc din carbură, corp din carbură, iar partea de antrenare fie din oţel, fie din carbură. Sculele pot fi folosite pe mașini conven-ționale, centre de prelucrare, strunguri sau mașini dedicate.

Diametrul minim la care sunt realizate este de 0,9 mm și chiar și la acest diametru rigiditatea este foarte bună, iar lichidul de răcire are debit optim. Ca rezultat al faptului că este realizat din carbură monobloc, în comparație cu versiunea brazată, acest tip de burghiu GUN poate lucre cu parametrii de așchiere mai mari cu până la 100 %.

• Precizia dimensională: IT7
• Cilindricitate și concentricitate excepționale
• Menține coaxialitate de mare precizie
• Rugozitate în gamă Ra = [ 0,4-1,6 ] μm ușor de obținut
• Alezările sunt de prisos în multe situații

FIGURA 3. Burghiele GUN de la ISCAR furnizează suprafață de finisare remarcabilă, crucială pentru astfel de aplicații. Gama diametrală: Ø 0.9-Ø 16 mm, scule monobloc din carbură

Experții ISCAR oferă o varietate mare de geometrii, proiectate pentru avansuri diferite, pentru clase de precizie diferite, pentru calități de suprafață diferite. Construcția burghiului în ansamblu, corelată cu profilul capului de găurire, trebuie să fie cea mai potrivită materialului piesei.

De fapt, este ceea ce au realizat specialiștii noștri în acest caz particular.

În orice caz selectarea corectă a geometriei este o condiție absolut necesară dar nu și suficientă, în vederea obținerii unui rezultat bun.

Tratamentul adecvat al muchiei așchietoare (suprafața de degajare oglindă, muchie așchietoare poziționată la dimensiunea exactă) îmbunătățesc o dată în plus calitatea suprafeței.

De asemenea, îmbunătățesc performanțele burghiului și îi prelungesc viața. Mai mult, chiar și suprafața exterioară a corpului burghiului este superfinisată. Astfel, evacuarea așchiilor se face ușor, în lungul drum din gaura creată către exterior.

Cele mai bune rezultate în găurirea supapelor tubulare au fost obținute cu una dintre cele mai fine carburi submicronice – IC08, acoperite cu un strat extrem de fin (nano) de AlTiN, PVD.

Arbore cu came

Un concept relativ nou de realizare a arborilor cu came mult mai ușori (cu până la 45% mai ușori) și sensibil mai ieftin este acela de realizare prin asamblare de module. Este cu totul altceva, prin comparație cu arborii tradiționali, realizați din bare turnate sau forjate. Sistemul utilizează fenomenul de dilatare termică pentru montare. Unii producători montează came individuale, pre-încălzite, pe axe tubulare din oțel precise, pre-răcite. Alții, fixează mai întâi camele pe axele tubulare, apoi, prin utilizarea de aer fierbinte sub presiune, amplifică diametrele tuburilor în zonele de montare a camelor. În ambele cazuri, profilele camelor sunt în mod precis aranjate în corelare cu geometria arborelui.

Camele sunt realizate fie prin sintetizare, din pulberi metalice, fie din oțeluri durificate. Milioane de came sunt produse anual și astfel este explicabil că producătorii caută cu orice preț să reducă la minimum ciclurile de fabricație.

Producătorii sunt permanent conectați la evoluțiile pieței, sunt flexibili și atunci când situația o cere, investesc mai degrabă în scule speciale, în loc să cumpere mașini-unelte.

Pentru a micșora cât mai mult ciclurile de fabricație în această zonă, ISCAR a dezvoltat un concept revoluționar – o plăcuță inovatoare, capabilă să realizeze întreaga prelucrare a camei. Această plăcuță remarcabilă este capabilă să realizeze strunjire frontală, strunjire interioară de eboș, strunjire interioară de finisare și șanfrenare. Extrem de durabilă, montată tangențial, face față cu succes acestor 4 tipuri de prelucrări, realizând inclusiv prelucrarea lobului, la cei mai ridicați parametri posibili, reducând timpul cu câteva secunde bune.

Pentru găuririle adânci de la arborii cu came forjaţi, ISCAR oferă o abordare diferită – un burghiu pentru găurire adâncă, cu plăcuţă din carbură indexabilă. Această nouă idee aduce multe avantaje producătorilor. În primul rând, procesul este mai puțin costisitor, dacă îl comparăm cu cel în care se folosesc burghiele GUN convenționale. Plăcuța este în permanență în stoc, are 3 muchii active și elimină necesitatea reascuțirii prin rectificare. Spărgătorul plăcuței este pozitiv, realizat din presarea acesteia, iar muchiile ondulate fragmentează eficient șpanul în segmente mici. Astfel, momentul se reduce iar avansurile pot crește, în condițiile unei evacuări foarte bune a așchiei. În plus, o muchie de ștergere la capătul zonei așchietoare lasă o calitate excelentă pe suprafața prelucrată.

• FIGURA 4. Linia ISCAR de găurire TRIDEEP (GD-DH...) asigură toleranță IT10, în gama diametrală 16 – 28 mm. Plăcuța standard TOGT este prevăzută cu 3 muchii ondulate, generatoare de segmente scurte de șpan, pentru așchiere ușoară

Aceste scule, extrem de eficiente și generatoare de economii, sunt recomandate pentru găuriri adânci în arbori cu came, fie pe strung sau pe mașini dedicate. Burghiele GD-DH sunt produse la lungimi de 10, 15 și de 25 ori diametrul sculei. Se pot produce și burghie speciale TRI-DEEP, cu lungimi de până la 2400 mm.

Pistoane

Mult mai scurte și cu pereți subțiri (uneori sudate prin fricțiune), pistoanele din oțel sunt mai ușoare decât cele convenționale și sunt capabile să preia eforturi mult mai mari, comparativ cu cele realizate din aluminiu. Geometria „T” de piston devine mai complicată și solicită crearea de soluții de prelucrare inovatoare, pentru abordarea suprafețelor greu accesibile.

Ţintele ISCAR în prelucrarea pistoanelor sunt:

1.să reducă numărul sculelor, pentru a scurta ciclul de fabricaţie. Aceasta se poate realiza numai pe baza unui nivel înalt de creativitate, pentru că zonele de prelucrat sunt relativ greu de accesat. 

Scula trebuie să fie suficient de redusă dimensional pentru a penetra pistonul, fără a produce coliziuni și în același timp, trebuie să aibă suficientă robustețe pentru a rezista forțelor de așchiere generate. Produsele ISCAR din linia GRIP asigură rigiditatea și versatilitatea necesare. Mecanismul de prindere, ușor de utilizat, fără piese componente demontabile, generează forțe de fixare ridicate, asigurând plăcuța în buzunar chiar și atunci când direcțiile forțelor de așchiere variază. Astfel, sculele sunt capabile să realizeze canelări frontale, strunjiri frontale prin deplasări stânga-dreapta, profilări fără a genera vibrații și să creeze în același timp suprafață netedă, lucioasă, pe piesa de prelucrat. De asemenea, în vederea evacuării eficiente a șpanului din cavitățile complicate, ISCAR a creat o mare varietate de geometrii / fragmentatoare, care divizează așchiile în segmente scurte, ce se evacuează ușor.

2.să mărească durabilitatea muchiei așchietoare. Durabilitate scăzută înseamnă număr ridicat de opriri ale mașinii-unelte sau altfel spus, prelucrare ineficientă.

În orice caz, ISCAR a dovedit deja că utilizarea conceptului JET HP, care dirijează cu precizie jetul de lichid în zona de așchiere, aduce un surplus important de durabilitate muchiei așchietoare; mai mult, metoda de răcire JET HP contribuie la fragmentarea eficientă a șpanului.

Termenele de lansare a unor noi platforme sau modele de automobile sunt din ce în ce mai scurte. De aceea și furnizorii de componente sunt sub permanentă presiune din acest punct de vedere. Este adevărat că majoritatea proiectelor din domeniul auto abordate de ISCAR sunt dezvoltate la sediul central. În același timp însă, atunci când situația o cere, ISCAR poate apela la unitățile sale de producție răspândite pe glob, astfel încât clienții să primească produsele comandate în cel mai scurt timp posibil. De multe ori sunt folosite unitățile de producție din vecinătatea clienților, aceasta aducând avantaje economice suplimentare (exemplu: taxe reduse, costuri de transport diminuate etc.)

Specialiștii ISCAR furnizează clienților suportul total, pe parcursul testărilor, implementărilor și al producției în sine, oricând este necesar. De asemenea, suntem conștienți de importanța factorului ecologic, de restricțiile impuse prelucrătorilor în acest sens, promovăm la rândul nostru implementarea soluțiilor care să ducă la producție industrială cât mai „verde”. Contribuția ISCAR la crearea unei lumi mai curate, astăzi și în viitor, include programul de recirculare eficientă a carburii, scule cât mai durabile, produse care reduc puterea consumată în producție, furnizarea de scule compatibile cu răcirea de tip MQL.