W układzie hamulcowym samochodów osobowych tarcza hamulcowa pełni rolę podstawowego elementu cierne, a równoległość obu stron, wychylenie powierzchni czołowej oraz chropowatość powierzchni ciernej bezpośrednio decydują o szybkości reakcji hamowania i bezpieczeństwie jazdy (norma krajowa GB/T 34872-2017 wymaga, aby równoległość obu stron tarcz hamulcowych wynosiła ≤ 0,05 mm, wychylenie powierzchni czołowej ≤ 0,08 mm, a chropowatość powierzchni ciernej ≤ Ra1,2 μm); jeśli dokładność obróbki nie spełnia normy, łatwo może dojść do nierównomiernego napracowania się hamulców, nietypowego hałasu podczas hamowania, a w ekstremalnych warunkach pracy może to prowadzić do wydłużenia drogi hamowania o ponad 15%.
Wiodący krajowy producent systemów hamulcowych do samochodów osobowych napotkał kiedyś wąskie gardło w procesie obróbki tarcz hamulcowych: dla tarcz o średnicy Φ 280-380 mm (wykonanych z żeliwa szarego HT250, żeliwa sferoidalnego FC250, w tym ze strukturą kanałów wentylacyjnych) tradycyjna obróbka wymagała czterech etapów: „obróbka zgrubna na tokarce poziomej z jednej strony → odwrócenie i obróbka zgrubna z drugiej strony → frezowanie kanałów wentylacyjnych na frezarce pionowej → wiercenie otworów docelowych na wiertarce ramieniowej”, przy czasie cyklu jednej sztuki dochodzącym do 28 minut; z powodu wielokrotnego przekładania i mocowania równoległość obu stron tarczy często przekraczała 0,09 mm, a błąd wahań powierzchni czołowej wynosił 0,1–0,15 mm, co prowadziło do nierównomiernej adhezji klocków hamulcowych na poziomie 18% podczas hamowania; jednocześnie wióry powstające podczas szybkiej obróbki żeliwa szarego łatwo przywierały do kanałów wentylacyjnych, wymagając dodatkowo 12% ręcznego czyszczenia. Ponadto narzędzia szybko się zużywały z powodu drgań, ich żywotność wynosiła tylko 60–80 sztuk na ostrze, a koszt pojedynczego noża do tarcz przekraczał 22 yuanów.
Miejsce użytkowania klienta
Aby rozwiązać ten dylemat, firma wprowadziła tokarkę CNC Taiyun CNC CK525 i stworzyła wyłączny system produkcyjny dla tarcz hamulcowych z technologią „obróbki synchronicznej dwukolumnowej + pełny proces w jednym zamocowaniu”. Urządzenie wyposażone jest w całkowicie odlewany wysokowytrzymały korpus z żeliwa szarego (o grubości ścianki odlewu 70 mm), który poddano dwukrotnemu usunięciu naprężeń metodą „naturalnego starzenia przez 6 miesięcy + wibracyjnego starzenia przez 48 godziny”. W połączeniu z symetryczną konstrukcją stołu ślizgowego typu skrzynkowego, rozmieszczenie sztywności zoptymalizowano za pomocą analizy metodą elementów skończonych. Sztywność na siłę tnącą promieniową osiąga 30 kN/mm, co umożliwia stabilne wytrzymywanie siły tnącej promieniowej 14 kN podczas obróbki żeliwa szarego; urządzenie wyposażone jest w system sterowania numerycznego Fanuc 0i MF Plus oraz pełny układ regulacji zamkniętej z użyciem liniału skalowego (rozdz. 0,1 μm), co zapewnia dokładność pozycjonowania ±0,008 mm oraz powtarzalność ±0,005 mm, dokładnie odpowiadając wymaganej tolerancji równoległości obu stron tarczy hamulcowej ±0,03 mm. W odpowiedzi na wymagania dotyczące dwustronnej obróbki tarcz hamulcowych, maszyna wyposażona jest w dwie kolumny i dwukierunkowe wieże narzędziowe, wysokowydajny wrzeciennik (prędkość obrotowa wrzeciennika 100–1000 obr./min), system chłodzenia zewnętrznego pod wysokim ciśnieniem (ciśnienie chłodzenia 1,0 MPa, przepływ 30 L/min) oraz magnetyczny system usuwania wiórów (wydajność usuwania wiórów ≥60 L/h), skutecznie ograniczający gromadzenie się wiórów i tworzenie się naddatku wiórowego na narzędziach. Jednocześnie zastosowano narzędzia skrawające z twardych stopów powlekanych warstwą AlTiN (zawartość WC Co 94%, twardość HRA93), aby poprawić odporność na zużycie podczas skrawania.
Pod względem innowacji technologicznych, urządzenie osiągnęło podwójny przełom w zakresie „integracji procesu + dwustronnej synchronicznej kontroli kształtowania” podczas obróbki tarcz hamulcowych: integruje trzy szczękowy uchwyt złączony (o sile chwytu 75 kN, odpowiedni dla tarcz hamulcowych Φ 500 mm–700 mm), 8-stanowiskowy wrzeciennik serwo+narzędzie tnące (czas wymiany narzędzia 1,4 sekundy) oraz specjalny wrzeciennik do formowania rowków wentylacyjnych. W jednym cyklu potrafi wykonać toczenie obu stron tarczy hamulcowej (płaskość powierzchni ciernej ≤ 0,04 mm), precyzyjne toczenie zewnętrznego okręgu (dopuszczalna tolerancja IT7), frezowanie rowków wentylacyjnych (tolerancja szerokości rowka ± 0,1 mm, tolerancja głębokości ± 0,05 mm) oraz wiercenie 4–5 otworów pozycjonujących (tolerancja średnicy otworu H9, tolerancja położenia ≤ 0,12 mm). W odpowiedzi na trudności związane z kontrolowaniem równoległości obu stron tarczy hamulcowej zastosowano innowacyjny „proces kompensacji synchronicznej na dwóch słupach”. Poprzez zbieranie w czasie rzeczywistym siły skrawania (dokładność ± 0,5%) i odchylenia prędkości lewego i prawego wrzeciona, automatycznie dostosowuje posuw (dokładność kompensacji 0,001 mm), zapewniając stabilną kontrolę równoległości obu stron na poziomie ≤ 0,04 mm. Ze względu na dużą ciągliwość i wysoki opór skrawania żeliwa ciągliwego (FC250), urządzenie wyposażone jest we wbudowaną bazę danych materiałowych i technologicznych, która automatycznie dobiera parametry skrawania (prędkość obrotowa wrzeciona 1500–2000 obr./min, posuw 40–70 mm/min, głębokość skrawania 1,5–2,5 mm), aby uniknąć pęknięcia narzędzi. W przypadku konieczności zmiany tarcz hamulcowych dla różnych pojazdów (np. różnice w specyfikacjach między sedanami a SUV-ami), urządzenie obsługuje jednoprzyciskową korektę parametrów procesu (wbudowanych 35 szablonów obróbki tarcz hamulcowych), skracając czas wymiany z tradycyjnych 1,2 godziny do 10 minut.
Zacisk bębna hamulcowego jednokrotnie
Wyniki wdrożenia w pełni spełniają normy bezpieczeństwa dotyczących hamowania samochodów osobowych: cykl obróbki pojedynczego elementu został skrócony z 28 do 16 minut, a dzienne zdolności produkcyjne wzrosły z 320 do 580 sztuk; równoległość obu stron tarczy hamulcowej jest stabilnie kontrolowana na poziomie ≤ 0,04 mm, bicia końca powierzchni wynoszą ≤ 0,06 mm, a chropowatość powierzchni trącej osiąga Ra0,8 μm, co w pełni odpowiada wymaganiom normy GB/T 34872-2017 „Tarcze hamulcowe do samochodów osobowych” oraz unijnego standardu ECE R90; wskaźnik nierównomiernego przylegania klocków hamulcowych podczas hamowania zmniejszył się z 18% do 2,5%, a liczba reklamacji klientów dotyczących nietypowego hałasu podczas hamowania spadła o 92%; żywotność narzędzi wydłużyła się o 50% (do 90–120 sztuk/łama), dzięki optymalizacji chłodzenia i dostosowaniu parametrów, co obniżyło koszt jednego narzędzia na pojedynczą tarczę do 14 yuanów. Jednocześnie usunięto proces ręcznego czyszczenia wiórów, redukując koszty pracy przy pojedynczej tarczy o 8 yuanów; moduł diagnostyki inteligentnej zamontowany na urządzeniu umożliwia zbieranie danych w czasie rzeczywistym, takich jak temperatura wrzeciona (rozdzielczość 0,1 ℃), obciążenie prądem (dokładność ±0,8%) itp. W połączeniu z algorytmem predykcji zużycia narzędzi, ogólne wykorzystanie urządzenia wzrosło z 78% do 95%, a roczny czas przestojów skrócił się o 320 godzin.
CK525 całkowicie rozwiązało podstawową sprzeczność między „dwustronnym precyzyjnym sterowaniem synchronicznym a efektywnością produkcji seryjnej” tarcz hamulcowych. Dyrektor ds. produkcji stwierdził: „Obecnie nasze tarcze hamulcowe nie tylko uzyskały certyfikację PPAP (Production Part Approval Process) wiodących koncernów motoryzacyjnych, takich jak Volkswagen i Toyota, ale również spełniają najwyższe wymagania pojazdów napędzanych energią elektryczną dotyczące „niskiego poziomu hałasu i długiej trwałości” układów hamulcowych. To stworzyło kluczowe podstawy dla zdobycia przez nas corocznych zamówień u głównych producentów samochodów”. Ten przypadek potwierdza, że tokarka CNC z pionowym wrzecionem stała się kluczowym urządzeniem umożliwiającym przełamanie utrudnień w zakresie „bezpieczeństwa, dokładności i efektywności kosztowej” w procesie produkcji tarcz hamulcowych do samochodów osobowych dzięki głębokiej współpracy technologii „sztywnej architektury podwójnego wrzeciona + dwustronnego synchronicznego sterowania kształtem + dostosowania materiału i procesu produkcyjnego”.
EN
