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埃馬克生產係統：優化渦輪（lún）增（zēng）壓器軸的精加工

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：高硬度材料、精確的幾何尺寸要求、巨大的生產批量以及價格壓力等，為設備製造商（shāng）和供應商帶來了艱巨（jù）的挑戰。汽車行業持續不斷的輕量化，以及對排量較小的（de）高性能零件的需求增加，使得渦輪增（zēng）壓器和軸類件逐漸成為了生（shēng）產規劃者關注的（de）焦點。在此前提下，所需的自動化生產解決方案不僅要能（néng）提高工件加工數量並降低“單件成本”，同時還要確保（bǎo）高精度的生產過程。針對上述挑戰，埃馬克最新（xīn）研發出一套整體化解決方案：在“出（chū）自一手”的整（zhěng）體連接式生產（chǎn）係統中，可（kě）以（yǐ）完（wán）成渦輪軸的加工，其（qí）中包括預（yù）車、淬火和（hé）磨削，直到ECM 動平衡。在不到50 秒的時間內，工件便可以完成加工，質量也（yě）超出預期要求。

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

在汽車製造領域內，節能減（jiǎn）排（pái）已成為發展的必（bì）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（dào）2030 年，乘用車內的汽缸數量將由如今的（de）平均4.3個下降到4 個。未來的發動機（jī）還會變得更小。同時，發動機的排量也會變小（xiǎo），但這可以通過提高（gāo）渦輪增壓器增壓來進行補償：吸（xī）入的空（kōng）氣將被進一步壓縮，並以最大壓力壓（yā）入燃燒室內。在實際情況下（xià），由此便可達到極高的功率參數：在現代化的發動機（jī）中，壓縮機轉子最高轉速甚至可以達到（dào）每分鍾290,000 轉，並且部件（jiàn）也會產生極高的溫（wēn）度。在此前提條件下，渦輪增壓器軸的生產（chǎn）便成為汽車製造行業中最具挑戰（zhàn）性的任務之一。這些采用比如Inconel 等高性能材料製成，可（kě）以承受高（gāo）達1,000 攝氏度的（de）溫度，但這類材料由於硬度極高而很難進行加（jiā）工。盡管如此，渦輪增壓（yā）器仍（réng）然必須批量生產，具有高（gāo）精度和工藝可靠性——埃馬克的標準要求，埃馬克的技術應用工程師Markus Neubauer 強調：“我們全麵的專業（yè）知識使我們受益匪淺，畢竟這些涵蓋了從（cóng）預加工到精加工（gōng）（包括動平衡）的整個（gè）工藝鏈。因此，包括規劃、項目管理、實施和服務的整條生產線都（dōu）完全出自一手。這一優勢在建立新的渦輪增（zēng）壓器生產設施中（zhōng）起著決定性要素。對於（yú）客戶而言，整個規劃和售（shòu）後流程（chéng）也大大簡化。”

在一條生產線中完成車削（xuē）、淬火、磨削和動平衡

從預車和（hé）感應淬火、磨削直到電化學動平衡的高要求生產（chǎn）工藝，已充分（fèn）展示（shì）出這種工藝（yì）方法的優勢所在（zài）。生產線共分為五道主要工序：

. 在生產線起始處，堆垛機械手將毛坯件放置在立式車床VTC 100-4的輸送帶上，之後由機床的（de）工件機械手將工件運送到加工區內。一次裝（zhuāng）夾便可以完（wán）成渦輪軸的預車，通過四軸加工確保縮短主加工時間。機床為倒（dǎo）立式設計結構，從而使（shǐ）切（qiē）屑能自然掉落，可避免切屑（xiè）堆積。

一次裝夾，VTC 100-4的四軸加工（gōng）方式可保證在預車渦輪（lún）軸（zhóu）時縮短主加工時間。

. 另一個機械手從VTC 100-4 的輸送（sòng）帶上抓取已預車完畢的工件，並將其送入EMAG eldec 的MIND-M 1000 機床中進行熱處（chù）理，工（gōng）件會被很快加熱到一個精確的溫度。專家們稱這一步驟為“消除應力”：即有針對性（xìng）地消除工件（jiàn）中存在的任何應力。如果需要對工件的軸承座進行淬火處理，也可（kě）以在（zài）這台機床中進（jìn）行。

在（zài） EMAG eldec 的MIND-L 1000 進行熱處理：工件會被很快加熱到一（yī）個精確的溫度。

. 在第三（sān）和第四（sì）道工序中，會進行多項不同的磨削加工：首先會在一台（tái）埃馬克HG 204 機床中進行軸的臥式磨削加工。之後，會在立式磨床VLC 200 GT 中精（jīng）加工（gōng）渦輪葉輪的環形槽和葉輪（lún）外部（bù）輪廓。在VLC 200 GT 的加工區內，也可以使（shǐ）用一個選裝的電動刷對（duì）葉輪輪廓進（jìn）行去毛刺處理。

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

在立式（shì）磨床 VLC 200 GT 中會精加工渦（wō）輪葉輪的環形槽和葉輪外部（bù）輪廓。

. 工件在（zài）經過清洗設（shè）備和測量係統之後，便來到最後一道工（gōng）序：在EMAG ECM 的（de）CS 機床中通過電解加工方式進（jìn）行動（dòng）平衡處理（lǐ）。這一無切屑工藝隻需要一個重（chóng）複步（bù）驟便可完成。這（zhè）種非接觸式的材料切削（xuē）方式刀具磨損極小——與（yǔ）切削（xuē）工藝相（xiàng）比，這是（shì）一項巨大的優勢。

完美工藝確保最終質量

汽車渦輪（lún）增（zēng）壓（yā）器軸（渦輪轉子）的（de）整個加（jiā）工過程在50 秒內即可完成。如（rú）果（guǒ）采用三班（bān）製運行，則每年的渦輪轉子生產量可達到420,000 至450,000個。通常完成最後的動平衡處理後，工件便可立即安（ān）裝。“在這類以及其他類似項目中，我們能（néng）夠始終確保提供（gòng）量身定製的係統架構。出（chū）於（yú）這（zhè）個原因，埃馬克將向客戶提供其所有的產品專業知識，其中包括各類不同的刀具應用、多（duō）功能車床（chuáng）的設計、整體控製係統和互（hù）聯以及與跨係統連接等。”Markus Neubauer 總結說，“這些出自一手的專業知識在生（shēng）產高（gāo）要求工件的過（guò）程中也是（shì）一項確保成（chéng）功的要素，由此可以（yǐ）幫（bāng）助我們在市場中站穩腳跟。”

從毛坯件到成品件隻需5 道（dào）工序。采用三班製（zhì）運行時，生產線上每年的渦輪轉（zhuǎn）子生產量可達到420,000 至450,000 個（gè）。

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