Быстрый ответ
Обработка на станках с ЧПУ используется для компонентов электромобилей там, где литье или штамповка не обеспечивают необходимую точность или герметичность, главным образом, для батарейных отсеков, корпусов двигателей, корпусов инверторов и шин. Наиболее распространенными материалами являются алюминий 6061-T6 и 7075-T6, медные сплавы и нержавеющая сталь, и детали, как правило, проходят путь от проверки прототипов на станках с ЧПУ до комбинированного литья и механической обработки в серийном производстве.
Введение
Программы по созданию электромобилей оказывают такое давление на производство, какого никогда не оказывали бензиновые платформы. Аккумуляторный отсек должен оставаться водонепроницаемым и структурно прочным, при этом максимально снижая вес. Корпус двигателя должен иметь достаточно жесткие допуски по внутренним размерам, чтобы двигатель работал тихо и эффективно. Корпус инвертора должен быть герметичным и выдерживать значительные тепловые нагрузки. Литье и штамповка позволяют добиться почти идеального качества многих из этих деталей, но они часто не справляются с тонкими стенками, уплотнительными поверхностями и узкими отверстиями, которые требуются для компонентов электромобилей. Именно поэтому обработка на станках с ЧПУ используется во всей цепочке поставок электромобилей, от ранних прототипов до мелкосерийного и среднесерийного производства. В этом руководстве рассматриваются компоненты, материалы, процессы обработки и требования к допускам, которые покупатели электромобилей в США, Канаде и Европе должны учитывать при выборе партнера по механической обработке.
Основные выводы
- В программах по разработке электромобилей обработка на станках с ЧПУ используется везде, где литье или штамповка не обеспечивают требуемых допусков, герметичности или температурных характеристик, особенно это касается батарейных отсеков, корпусов двигателей и корпусов силовой электроники.
- В конструкции электромобилей преобладают алюминиевые сплавы 6061-T6 и 7075-T6, в то время как медные сплавы используются для изготовления шин, а нержавеющая сталь — для крепежных элементов и несущих кронштейнов.
- Плоскостность, соосность отверстий и качество уплотнительной поверхности обычно более важны, чем допуски на размеры деталей электромобилей.
- Пятиосевая обработка все чаще используется для изготовления корпусов двигателей и сложных систем охлаждения, где многократная переналадка в противном случае привела бы к накоплению дефектов.
- Партнер по механической обработке, использующий координатно-измерительные машины (КИМ) и систему отслеживания материалов, снижает риски, связанные с безопасностью критически важных компонентов батарей и двигателей.
Место обработки на станках с ЧПУ в производстве электромобилей
Платформы для электромобилей требуют высокоточной обработки там, где литая или штампованная деталь не может обеспечить необходимую точность, плоскостность или тепловые характеристики. Корпуса батарей, корпуса двигателей, корпуса инверторов и охлаждающие пластины — это детали, которые чаще всего переходят от литья к обработке на станках с ЧПУ или к полномасштабному производству на станках с ЧПУ, особенно на этапах создания прототипов и мелкосерийного и среднесерийного производства. Это дополняет наши услуги по быстрому прототипированию для команд, проверяющих новую платформу электромобиля перед началом серийного производства.
| Знаете ли выВ типичном лотке для аккумуляторной батареи электромобиля за счет создания углублений уменьшается вес заготовки на 30–40 процентов, поскольку для лотков из конструкционного алюминия обычно используются стенки толщиной всего 2–4 миллиметра. |
Ключевые компоненты электромобилей, в которых используется обработка на станках с ЧПУ.
Корпуса и лотки для аккумуляторных батарей
Для обеспечения водонепроницаемости и структурной целостности батарейного блока необходимо контролировать плоскостность и герметичность поверхности лотков для батарей. Обычно толщина стенок составляет от 2 до 4 миллиметров, а обработка на станках с ЧПУ с вакуумным зажимом позволяет точно обрабатывать эти тонкие секции, одновременно удаляя от 30 до 40 процентов веса исходной заготовки за счет создания углублений.
Корпуса двигателей
Корпуса электродвигателей должны обладать точной круглостью и цилиндричностью отверстия статора, поскольку отверстие напрямую влияет на эффективность и уровень шума двигателя. Биение посадочного места подшипника и геометрия каналов водяной рубашки также строго контролируются, поскольку эти характеристики влияют как на механическую посадку, так и на тепловые характеристики.
Корпуса инверторов и силовой электроники
Корпуса инверторов, корпуса преобразователей постоянного тока и корпуса бортовых зарядных устройств должны иметь плоские уплотнительные поверхности для эффективного экранирования от электромагнитных помех и точную схему расположения отверстий в разъемах. Радиаторы, изготовленные из цельной заготовки или экструдированные и обработанные механически, должны иметь контролируемую геометрию ребер для обеспечения тепловых характеристик.
Шины и токопроводящие соединители
Медные шины внутри аккумуляторного блока и инвертора пропускают высокие токи и требуют высокоточной обработки с соблюдением тех же допусков, что и конструкционные элементы, а также чистых кромок во избежание локального нагрева в острых углах.
Кронштейны конструкции и трансмиссии
Компоненты подвески, корпуса коробок передач и несущие кронштейны часто изготавливаются из алюминия или закаленной стали, где важны как снижение веса, так и усталостная прочность.
У вас есть на примете какая-либо деталь для батареи, двигателя или инвертора? Получите мгновенный расчет стоимости для прототипа или мелкосерийного производства.
Технологии механической обработки, используемые при изготовлении деталей для электромобилей.
| Разработка | Типичное применение электромобиля | Зачем это используется |
| 3-осевое фрезерование | Кронштейны, простые крышки для корпусов, пластины | Наименьшая стоимость для простой призматической геометрии |
| 5-осевое одновременное фрезерование | Корпуса двигателей, сложные каналы охлаждения, детали импеллерного типа. | Обработка сложных угловых элементов за одну установку, избегая ошибок, связанных с накоплением материала. |
| Токарная обработка на станках с ЧПУ / Швейцарская токарная обработка | Валы, соединители, цилиндрические клеммы | Наилучшее качество поверхности и соосность для круглых деталей. |
| Проволока EDM | Тонкие внутренние пазы, закаленные детали обработки. | Режет затвердевшие или труднообрабатываемые материалы без приложения усилий при резке. |
| ЧПУ-обработка литых заготовок | Аккумуляторные лотки, крупные корпуса, изготавливаемые методом литья. | Сочетает экономичность литья с точностью механической обработки ответственных поверхностей. |
Материалы, используемые при механической обработке компонентов электромобилей.
| Материал | Типичное использование электромобилей | Почему выбрано именно это |
| 6061-T6 алюминий | Аккумуляторные лотки, кронштейны, общая конструкция | Хорошая обрабатываемость, соотношение прочности и веса. |
| 7075-T6 алюминий | Конструкционные элементы, подверженные высоким нагрузкам | Повышенная прочность для компонентов, критически важных по весу. |
| 6063-T5 алюминий | Холодильные пластины, радиаторы | Хорошая теплопроводность и обрабатываемость. |
| Медные сплавы | Шины, клеммы, разъемы | Высокая электропроводность |
| Нержавеющая сталь 304/316 | Крепежные элементы, несущие кронштейны | Коррозионная стойкость и прочность |
| Титан Ti-6Al-4V (марка 5) | Детали двигателя или подвески, имеющие решающее значение по весу. | Высокая прочность на единицу веса, применение в премиум-сегменте |
Требования к допускам и качеству
Компоненты электромобилей часто изготавливаются с более жесткими допусками, чем обычные промышленные детали, поскольку накопление допусков влияет на эффективность двигателя, герметичность и безопасность. Типичные требования включают в себя округлость и цилиндричность отверстия статора в диапазоне нескольких микрон, плоскостность холодной пластины на поверхности теплового интерфейса не выше 0.02 миллиметра, а также испытание каналов охлаждения под давлением в несколько бар для подтверждения герметичности. Полная прослеживаемость материалов и процессов, подтвержденная отчетами о проверке с помощью координатно-измерительной машины (КИМ) , является стандартной практикой для критически важных с точки зрения безопасности деталей электромобилей и близка к тому, как выглядит пакет проверки первого образца по стандарту AS9102 в аэрокосмической отрасли.
| Про Совет Прежде чем окончательно утвердить проект, попросите потенциального партнера по механической обработке показать образец отчета КИМ для аналогичной детали электромобиля. Это за несколько минут покажет, соответствует ли их контрольно-измерительное оборудование и отчетность требованиям вашей программы. |
От прототипа до серийного производства: типичный рабочий процесс
- Перед началом резки проводится анализ проекта и предоставляется обратная связь по DFM-технологиям на основе CAD-модели, с указанием тонких стенок, глубоких пазов и конфликтов допусков.
- Проведение опытных образцов на станках с ЧПУ, обычно от 1 до 20 штук, для проверки соответствия размерам, функциональности и сборки перед началом производства оснастки.
- Завершение разработки дизайна и, если это оправдано объемом производства, план перехода к литью, штамповке или литью под давлением для крупносерийного варианта детали.
- Первичная проверка первой партии продукции для подтверждения соответствия технологического процесса всем требованиям чертежей.
- В рамках программы обеспечивается непрерывное производство с периодическим отбором проб с помощью координатно-измерительной машины и отслеживанием партий материалов.
Контрольный список для оценки поставщиков в рамках программ по разработке электромобилей
- Получите опыт обработки тонкостенных алюминиевых конструкций и уплотнительных поверхностей, а не только призматических деталей.
- Внутреннее контрольное обслуживание с помощью координатно-измерительной машины (CMM) и возможность составления отчета о проверке первого образца по запросу.
- Прослеживаемость материалов до заводского сертификата для каждой партии, используемой при производстве деталей, имеющих критически важное значение для безопасности.
- Возможность 5-осевой обработки там, где этого требует геометрия детали, позволяет избежать многократных настроек и, как следствие, накопления допусков.
- Четкий процесс ценообразования, который разделяет ценообразование для прототипов и ценообразование для серийного производства, поскольку в этих двух случаях используется разная логика расчета стоимости.
| Экспертная оценка Покупатели, переходящие от лабораторно проверенного прототипа к серийному производству в 5,000 единиц, чаще всего сталкиваются с проблемами на этапе коммуникации, а не на этапе проектирования. Поставщик, который оспаривает допуски сборки во время запроса предложений, тем самым показывает, что понимает, что на самом деле потребуется для серийного производства, а это для программ по разработке электромобилей важнее, чем агрессивное первое предложение. |
Часто задаваемые вопросы
Почему бы просто не отливать лотки для аккумуляторных батарей и корпуса двигателей электромобилей вместо их механической обработки?
Литье подходит для изготовления многих деталей, но тонкостенные профили, плоскостность уплотнительных поверхностей и жесткие допуски по внутренним размерам трудно обеспечить с помощью одного лишь литья, поэтому для финишной обработки важных элементов или для непосредственного изготовления детали используется обработка на станках с ЧПУ.
Какой материал чаще всего используется для изготовления конструктивных элементов электромобилей?
Алюминий марок 6061-T6 и 7075-T6 доминирует в производстве конструкционных компонентов электромобилей, поскольку он сочетает в себе хорошую обрабатываемость с высоким соотношением прочности к весу.
Требуют ли детали электромобилей такой же строгой проверки, как детали аэрокосмической отрасли?
Не идентичные, но критически важные для безопасности компоненты электромобилей, такие как корпуса батарей и моторных отсеков, все чаще требуют контроля с помощью координатно-измерительных машин, сертификации материалов и технологической документации, аналогичной по своему смыслу контролю первого образца в аэрокосмической отрасли.
Может ли обработка на станках с ЧПУ поддерживать как прототипы, так и серийное производство электромобилей?
Да. Обработка на станках с ЧПУ обычно используется для проверки прототипов и мелкосерийного и среднесерийного производства, а затем, когда при больших объемах производства оснастка становится оправданной, дополняется литьем или штамповкой.
В каких случаях для изготовления детали электромобиля требуется 5-осевая обработка вместо 3-осевой?
Пятиосевая обработка используется, когда деталь имеет сложные угловые элементы, такие как корпус двигателя с несколькими каналами охлаждения, для обработки которых в противном случае потребовалось бы несколько отдельных настроек и накопление допусков по риску.
