Výroba elektromobilů vyžaduje
nová řešení

MM: Proč se výrobce obráběcích nástrojů vlastně zabývá otázkami vývoje v oblasti pohonu motorových vozidel?

M. Horváth: Povědomí veřejnosti o probíhajících změnách klimatu spolu s globálním úsilím o vytvoření a udržování čistého životního prostředí vedlo po celém světě k přijetí řady zákonů, které nutí výrobce automobilů výrazně snižovat emise oxidu uhličitého (CO₂), jenž se podílí na vzniku skleníkového efektu a je obecně považován za hlavní příčinu globálního oteplování. Kromě nutnosti snížit spotřebu paliva, zmenšit objem válců motorů a snížit celkovou hmotnost vozidel se automobilky v zájmu vyhovění těmto omezením musejí orientovat na nové moderní technologie. Rychlý nárůst vývoje, objemu výroby a využití bateriových elektrických vozidel (BEV – Battery Electric Vehicle) v praxi ukazuje, že elektrická vozidla nejsou jen budoucností, ale ve skutečnosti jsou již nyní součástí běžného života. Automobilový průmysl se v současné době nachází v procesu transformace a směřuje k nové náročné éře výroby bateriových elektrovozidel.

S dlouholetými zkušenostmi ve výrobě řezných nástrojů pro třískové obrábění společnost Iscar bedlivě sleduje nové trendy a technologie, aby mohla včas svým odběratelům poskytnout sofistikovaná nástrojová řešení, a být i součástí zítřka. 

Jako lídr v poskytování produktivních a nákladově efektivních řešení obrábění analyzuje běžné procesy obrábění součástí v odvětví výroby elektrovozidel a nabízí možná řešení obrábění a doporučení pro každou část.

MM: V čem se tedy přístup k výrobě hnací soustavy elektromobilů liší od výroby spalovacích motorů a jak se to projevuje v návrhu obráběcích nástrojů?

M. Horváth: Jedním z nejvýznamnějších znaků hnacího ústrojí elektrického vozidla je jeho relativní jednoduchost. Ve srovnání s tradičním spalovacím motorem je v něm mnohem méně pohyblivých částí, a proto při výrobě elektromobilu dramaticky klesá doba výroby a také náklady.

Mezi hlavní součásti elektromotoru patří skříň motoru (statoru) vyrobená ze slitiny hliníku. K dosažení kritických klíčových charakteristik této součásti, jako je nízká hmotnost, odolnost, tvárnost, drsnost povrchu a přesnost, včetně dodržení geometrických tolerancí, je nutný zvláštní přístup. Částečně dutý tvar skříně představuje další výzvu při obrábění, a proto je zachování nízkých řezných sil nezbytné pro dosažení požadované drsnosti a válcovitosti.

Kompletní nástrojové řešení firmy Iscar pro tento obráběcí proces usnadnilo přechod technologie ze standardního ekonomicky nákladného procesu na soustruhu na ekonomická obráběcí centra. Naším cílem je minimalizovat sešrotované dílce a dosáhnout optimálního poměru Cpk (Process Capability Index – koeficient způsobilosti procesu – je schopnost výrobce vyrábět díly v požadované toleranci a podle specifikovaného technického standardu).

MM: Která operace při výrobě statorové skříně je z hlediska obráběcích nástrojů nejobtížnější?

M. Horváth: Nejnáročnější operací při obrábění hliníkové skříně statoru je vyvrtávání a vystružování hlavního průměru. Díky současnému trendu používat stroje s nízkým výkonem vyžadují velký průměr nástroje, dlouhé vyložení a kreativní myšlení konstruktérů, aby navrhli nástroj s minimální hmotností pro minimální zatížení vřetena stroje při zachování celkové tuhosti nástroje. V důsledku těchto požadavků jsou pro tělo nástroje používány exotické materiály, jako je titan a uhlíková vlákna, a kompozitní nástroje vyrobené technologií 3D tisku.

Překážky spojené s touto náročnou aplikací nám pomáhá vyřešit použití metody konečných prvků (FEM – Finite Element Method). Tato metoda umožňuje při výpočtech zohlednit mnoho parametrů, jako jsou řezné síly, pole posunutí při obrábění, vlastní frekvence a maximální deformace.

MM: I elektromotor má nějaké pohyblivé části. Můžete zmínit nějaký specifický úkol, který je třeba vyřešit v souvislosti s uložením ložisek?

M. Horváth: Na rozdíl od konvenčního spalovacího motoru (ať už zážehového, nebo vznětového) generuje elektromotor maximální točivý (krouticí) moment od nulových otáček. To v praxi znamená, že k provozu nevyžaduje složitou vícestupňovou převodovku. Pro běžné elektrovozidlo postačuje jednoduchá redukční převodovka, umístěná mezi tělesem statoru a krytem převodovky.

Aby byla zachována soustřednost mezi ložiskovými sedly statoru a krytem převodovky, musí být operace vystružování provedena ve smontovaném stavu obou částí. Pro tuto operaci nabízí Iscar speciální vystružovací nástroj typu „push and pull“ s nastavitelnými břity s PCD, který dokáže u této hliníkové součásti zachovat požadované geometrické tolerance v různých vnitřních průměrech.

MM: Jsou nějaké další zvláštní operace, pro které bylo třeba vyvinout speciální nástroje?

M. Horváth: Specifickým problémem je například obrábění rotoru. Ten se skládá z mnoha vrstvených desek elektrotechnických (rotorových) plechů. Pro snížení ztráty proudu se místo pevného těla používají plechové desky. Jejich povrch musí být naprosto čistý a prostý třísek, oleje, emulze, prachu a dalších nečistot, proto se při jeho obrábění používá pouze chlazení vzduchem. Vyhovět těmto požadavkům znamená velkou výzvu, protože v důsledku tvorby velkého množství tepla při soustružení dochází na povrchu rotoru k nalepování drobných částeček třísek. V důsledku toho je nezbytné využít metodu přerušovaného cyklu obrábění.

Společnost Iscar pro tyto účely vyvinula nástroj s otvory chlazení pro přívod vzduchu přímo na břitu. Tím dochází k efektivnímu zchlazení třísek již při jejich tvorbě a následně jsou z místa řezu odfouknuty.

MM: Při výrobě automobilů se používá stále větší podíl netradičních materiálů. Nabízíte speciální nástroje i pro jejich obrábění?

M. Horváth: Nedílnou součástí každého elektromobilu je bateriová skříň. Její velké rozměry a požadavek na co nejnižší hmotnost předurčují hliník jako dobrou volbu pro výrobu tohoto dílu. V případě špičkových superaut a sportovních vozů je nízká hmotnost klíčová. Proto se některé automobilky rozhodly pro tyto účely využít kompozitní materiál CFRP (plast jednosměrně vyztužený uhlíkovými vlákny), který ve srovnání s hliníkem vykazuje nižší hmotnost, vyšší pevnost a nižší tepelnou vodivost.

Právě pro obrábění hliníku a CFRP nabízíme širokou škálu nástrojů speciálně určených pro zmíněné materiály. Tyto nástroje poskytují produktivní a ekonomická řešení pro jakoukoli aplikaci. Například pro vrtání otvorů je zde řada vrtáků Sumocham, která nabízí různé geometrie vhodné pro konkrétní materiály. Pro vrtání hliníku jsou určeny vyměnitelné hlavice ICN s ostrým břitem a leštěným čelem. Hlavice ICG mají dělené ostří pro lepší dělení třísek a jejich odchod z místa řezu, a jsou vhodné pro dlouhá vyložení nástroje. Pro vrtání kompozitních CFRP materiálů jsou určeny hlavice ICF s diamantovým povlakem. Geometrie hlavice ICF je navržena tak, aby nedocházelo k delaminaci materiálu, což je velmi typický jev při obrábění tohoto materiálu.

Využívání špičkových technologií a inovativních nástrojových řešení společnosti Iscar udrží výrobce dílů pro automobilový průmysl o krok napřed a pomůže jim rychle se přizpůsobit probíhajícím změnám, abychom vyhověli požadavkům a učinili naši planetu čistější, zelenější a zdravější pro život.