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埃馬克生（shēng）產係統：優化渦輪增壓器（qì）軸（zhóu）的精加工

2019-10-18 來源：埃馬克作者：-

渦輪增壓器生產屬於汽車製造中最具有挑戰性的任務之一：高硬度（dù）材料、精確的幾何尺寸要求、巨大的生產批（pī）量以及價格壓力等，為設備製造（zào）商和供應商帶來了艱巨的挑戰。汽車行業（yè）持續不斷的輕量化，以（yǐ）及對排量較小的高性（xìng）能零件的（de）需求增加，使得渦輪增壓器和軸類件逐漸成（chéng）為了生（shēng）產規劃者關注的焦點。在此前提下（xià），所需的自動化生產解決方案不僅要（yào）能（néng）提高工（gōng）件加工數量並降低“單件成本”，同時還要確保高精度的生產過程。針對上述挑戰，埃馬克最新研發出一套整體化解決方案：在“出自一手”的整體連接式生產係統中，可以（yǐ）完成渦輪軸的加工，其中包括（kuò）預車、淬火和（hé）磨（mó）削，直到ECM 動平衡。在不到50 秒的時間內，工（gōng）件便可以完成加工，質量也超出預期要求。

渦輪增壓器軸生產解決方案一覽：每50秒，便有一個工件達到“最（zuì）終質量”並離開生產線。

在汽（qì）車製造領域內，節能減排已成為（wéi）發展的必然趨勢。例如，德國機械設備製造業聯合會 (VDMA) 在其研究報告《轉型中的驅動》 (Antrieb imWandel) 中預測，到2030 年，乘用車內的汽（qì）缸數量將（jiāng）由如今的平均4.3個下降到4 個。未來（lái）的發（fā）動機還會變得更小。同時，發（fā）動機的排量也會變小，但這可以通過提高渦輪增壓器增壓來進行補償：吸入的空氣將被（bèi）進一步壓縮，並以最大壓力壓入燃燒室內。在實際情況下，由此便可達到（dào）極高的功率參數：在現代（dài）化的發動機（jī）中，壓縮機轉子最高轉速甚至（zhì）可以達到每分鍾290,000 轉，並且部件也會產生極高的（de）溫度。在此前提條件下，渦輪增壓器（qì）軸的生產便成為汽車製造行業中最具挑戰性的任務之一。這些采用比如Inconel 等高性能材料製成，可以承受高達1,000 攝氏度的溫度，但這類材料由於硬度極高而很難進行加工。盡管如此，渦輪增壓器仍然必須批量生（shēng）產，具有高精度和工藝可靠性——埃馬克的標（biāo）準要求，埃馬克的技術應用工程師Markus Neubauer 強調：“我們全（quán）麵的（de）專業知識使我（wǒ）們受益匪淺，畢竟這些涵蓋了從預加工到精加工（包（bāo）括動平衡）的整個工藝鏈。因此，包括（kuò）規劃、項目管理、實施和服務的整條生產線都完全（quán）出自一手。這一優勢在（zài）建立新的渦輪增壓器生產設施中起著決定性要素。對於客戶而言，整個規劃和售後流（liú）程也大大簡化。”

在一條生產線（xiàn）中（zhōng）完成（chéng）車削、淬火、磨削和動（dòng）平衡

從預車和感應淬火、磨削直到電化學動平衡的高要求生產工藝，已充分展（zhǎn）示出這（zhè）種工藝方法的優勢所在。生產線共分為五道主要工序（xù）：

. 在生產線（xiàn）起（qǐ）始處，堆垛機械手將毛坯件放置在立式車床（chuáng）VTC 100-4的輸送帶上（shàng），之後由機床的工件機（jī）械手將工件運送到加工區內。一次裝夾便可以完成渦（wō）輪軸的預（yù）車（chē），通過（guò）四軸加工確（què）保縮短主加工時間。機床為倒立式設（shè）計結構（gòu），從而使切屑能自然掉（diào）落，可避免切屑（xiè）堆積。

一（yī）次裝夾，VTC 100-4的（de）四軸（zhóu）加工方式可保證在預車渦輪（lún）軸時縮短主（zhǔ）加工時間。

. 另一個機械手從VTC 100-4 的輸送帶上抓取（qǔ）已預車完畢的工件，並將（jiāng）其送入EMAG eldec 的MIND-M 1000 機床中進行熱處理，工件會（huì）被很快加熱（rè）到一個精確的溫度。專家們稱這一步驟為“消除應力”：即有針對性地消除工件中存（cún）在的任何應力。如果需要對工件的軸承座進行淬（cuì）火處理，也（yě）可以在這台機床中進行。

在 EMAG eldec 的MIND-L 1000 進行熱處理（lǐ）：工件會被很快（kuài）加熱到一個（gè）精確的溫度。

. 在第三和第四道工序中，會（huì）進行多項不同的磨削加工：首先會在一台埃馬克HG 204 機床中進行軸的臥式磨削（xuē）加工（gōng）。之後，會在立式（shì）磨床VLC 200 GT 中精加工渦輪葉輪的環形（xíng）槽和葉輪外部輪廓。在VLC 200 GT 的加工區內，也可（kě）以使用一（yī）個選裝的電動刷對葉輪輪廓進行去毛刺處理。

在第三和第四道（dào）工序中（zhōng），會進行多項不同的磨削加工：首先會在一台埃馬克HG 204機床中進行（háng）軸的臥式磨削加（jiā）工。

在立式磨床 VLC 200 GT 中（zhōng）會精加工渦輪葉輪的環形槽和葉輪外部（bù）輪廓。

. 工件在（zài）經過清（qīng）洗設備和測量係統之後，便來到最後一（yī）道工序：在EMAG ECM 的CS 機床中通過（guò）電解加工方式進行動平衡處理。這一無切屑工藝隻需要一個重複步驟便可完成。這（zhè）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，這是一項巨大（dà）的（de）優勢。

完美工藝確保最終（zhōng）質量

汽車渦輪增壓器（qì）軸（渦輪轉子）的整個加工過程在50 秒內即可完成。如果采（cǎi）用三（sān）班製運（yùn）行，則每年的渦輪轉子生產量可達（dá）到420,000 至450,000個。通常完成最後的動（dòng）平衡處理後，工件便（biàn）可立（lì）即安裝（zhuāng）。“在這類以及其他類（lèi）似項（xiàng）目中，我們能夠始終確保提供量身定製的係統架構（gòu）。出於這個原因，埃（āi）馬克將向客戶提供其所有的產品（pǐn）專業知識（shí），其中包括各類不同的刀具應用、多功能車床的設計、整體控製係統和互聯以及與跨係統連接（jiē）等。”Markus Neubauer 總結（jié）說，“這些出自一（yī）手（shǒu）的專業（yè）知（zhī）識在生（shēng）產高（gāo）要求（qiú）工件的過程中也是一項確保成功的要素，由此可以幫助我（wǒ）們在市場（chǎng）中站穩腳跟。”

從毛坯件到成（chéng）品件隻需5 道工序。采用三班製運行時（shí），生產（chǎn）線上每年的渦輪轉子生產量可達到（dào）420,000 至450,000 個。

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