В тормозной системе легковых автомобилей тормозной диск является основным фрикционным элементом, а параллельность двух сторон, торцевое биение и шероховатость рабочей поверхности напрямую определяют скорость срабатывания тормозов и безопасность движения (в национальном стандарте GB/T 34872-2017 требуется, чтобы параллельность двух сторон тормозного диска была ≤ 0,05 мм, торцевое биение ≤ 0,08 мм, а шероховатость рабочей поверхности ≤ Ra1,2 мкм); если точность обработки не соответствует стандарту, это может легко привести к эксцентричному износу тормозов, возникновению посторонних шумов при торможении, а в экстремальных условиях эксплуатации — к увеличению тормозного пути более чем на 15%.
У одного из ведущих отечественных производителей тормозных систем для легковых автомобилей однажды возникло узкое место в обработке тормозных дисков: для тормозных дисков диаметром Φ 280–380 мм (из серого чугуна HT250, высокопрочного чугуна FC250, включая конструкцию с вентиляционными канавками) традиционная обработка требовала четырёх операций: «черновое точение на токарном станке с одной стороны → переворачивание и черновое точение с другой стороны → фрезерование вентиляционных канавок на вертикально-фрезерном станке → сверление установочных отверстий на радиально-сверлильном станке», при этом цикл обработки одного изделия достигал 28 минут; из-за многократного переворачивания и переустановки параллельность обеих сторон тормозного диска зачастую превышала 0,09 мм, а биение торцевой поверхности достигало 0,1–0,15 мм, что приводило к неравномерному прилеганию тормозных колодок — до 18 % при торможении; в то же время стружка, образующаяся при высокоскоростной обработке серого чугуна, легко прилипает к вентиляционным канавкам, что требует дополнительных 12 % ручной очистки. Кроме того, инструмент быстро изнашивается из-за вибраций, его срок службы составляет всего 60–80 деталей на одну пластину, а стоимость одного тормозного диска превышает 22 юаня.
Объект использования клиентом
Для решения этой дилеммы компания представила токарный станок с ЧПУ Taiyun CNC модели CK525 и создала эксклюзивную производственную систему для изготовления тормозных дисков по технологии «обработка с синхронизацией двух колонн + полный цикл за одну установку». Оборудование оснащено цельной станиной из высокопрочного чугуна (толщина стенки литой станины составляет 70 мм), прошедшей двойную обработку для снятия напряжений: «естественное старение в течение 6 месяцев + вибрационное старение в течение 48 часов». В сочетании с симметричной коробчатой конструкцией подвижного стола жесткость распределена оптимально благодаря анализу методом конечных элементов. Радиальная жесткость при резании достигает 30 кН/мм, что позволяет стабильно выдерживать радиальную силу резания 14 кН при обработке серого чугуна. Станок оснащен системой ЧПУ Fanuc 0i MF Plus и полностью закрытой системой обратной связи с линейной шкалой (разрешение 0,1 мкм), что обеспечивает точность позиционирования ±0,008 мм и точность повторяемости ±0,005 мм, точно соответствующие требованию допуска ±0,03 мм параллельности обеих поверхностей тормозного диска. В ответ на требования к обработке обеих сторон тормозного диска оборудование оснащено двумя колоннами и двусторонними инструментальными головками, высокопроизводительным шпинделем (частота вращения шпинделя 100–1000 об/мин), системой внешнего охлаждения высокого давления (давление охлаждения 1,0 МПа, расход 30 л/мин) и магнитным устройством удаления стружки (производительность удаления стружки ≥60 л/ч), эффективно предотвращающими скопление стружки и образование наростов на режущем инструменте. Одновременно используются твердосплавные режущие инструменты с покрытием AlTiN (содержание WC Co 94 %, твердость HRA93) для повышения износостойкости при резании.
С точки зрения технологических инноваций, оборудование достигло двойного прорыва в обработке тормозных дисков по принципу «интеграция процессов + синхронное формирование с двух сторон»: включает в себя трёхкулачковый патрон с рычажным механизмом диаметром 21 дюйм (с силой зажима 75 кН, подходит для тормозных дисков Φ 500–700 мм), инструментальную головку с сервоприводом и 8 позициями + режущий инструмент (время смены инструмента — 1,4 секунды) и специальную инструментальную головку для формирования вентиляционных канавок. За один установ может выполнять двустороннее точение тормозных дисков (плоскостность рабочей поверхности ≤ 0,04 мм), точение наружной окружности (допуск IT7), фрезерование вентиляционных канавок (допуск по ширине канавки ± 0,1 мм, по глубине ± 0,05 мм) и сверление 4–5 отверстий для позиционирования (допуск по диаметру отверстия H9, допуск по положению ≤ 0,12 мм). В связи со сложностью обеспечения параллельности обеих сторон тормозного диска применяется инновационный «процесс синхронной компенсации с двумя стойками». Путём сбора в реальном времени данных о силе резания (точность ± 0,5 %) и отклонении скорости левого и правого шпинделей автоматически регулируется подача (точность компенсации 0,001 мм), что обеспечивает стабильный контроль параллельности обеих сторон в пределах ≤ 0,04 мм. Учитывая высокую вязкость и большое сопротивление резанию серого чугуна (FC250), в оборудование встроена база данных материалов и технологических режимов, которая автоматически подбирает параметры резания (частота вращения шпинделя 1500–2000 об/мин, подача 40–70 мм/мин, глубина резания 1,5–2,5 мм), предотвращая поломку инструмента. При необходимости замены тормозных дисков для различных автомобилей (например, различия в размерах между седанами и внедорожниками) оборудование поддерживает однократную настройку технологических параметров (встроено 35 шаблонов обработки тормозных дисков), сокращая время замены с традиционных 1,2 часа до 10 минут.
Зажим тормозного барабана один раз
Результаты внедрения полностью соответствуют стандартам безопасности торможения легковых автомобилей: цикл обработки одного изделия сократился с 28 до 16 минут, суточная производительность увеличилась с 320 до 580 комплектов; параллельность двух сторон тормозного диска стабильно контролируется на уровне ≤ 0,04 мм, биение торцевой поверхности составляет ≤ 0,06 мм, шероховатость рабочей поверхности достигает Ra0,8 мкм, что полностью соответствует требованиям стандарта GB/T 34872-2017 «Тормозные диски для легковых автомобилей» и европейскому стандарту ЕЭК ООН № 90; доля несоответствующих тормозных колодок при торможении снизилась с 18% до 2,5%, количество жалоб клиентов на аномальный шум при торможении сократилось на 92%; срок службы инструмента увеличился на 50% (до 90–120 деталей/лезвие) благодаря оптимизации охлаждения и адаптации параметров, стоимость инструмента на один диск снизилась до 14 юаней. Одновременно операция ручной очистки стружки была исключена, что позволило снизить трудозатраты на один диск на 8 юаней; модуль интеллектуальной диагностики, установленный на оборудовании, позволяет собирать в реальном времени данные, такие как температура шпинделя (разрешение 0,1 ℃), нагрузка по току (точность ±0,8%) и др. В сочетании с алгоритмом прогнозирования износа инструмента коэффициент использования оборудования вырос с 78% до 95%, годовое время простоев сократилось на 320 часов.
CK525 полностью устранил основное противоречие между «двусторонним точным синхронным управлением и эффективностью массового производства» тормозных дисков. Как заявил производственный директор компании: «Сейчас наши тормозные диски не только прошли сертификацию PPAP (Процесс утверждения производимых деталей) таких ведущих автопроизводителей, как Volkswagen и Toyota, но и соответствуют самым высоким требованиям электромобилей к тормозным системам с «низким уровнем шума и длительным сроком службы». Это создало ключевую основу для получения нами ежегодных заказов от основных автопроизводителей». Данный пример подтверждает, что станок с ЧПУ с вертикальной осью стал основным оборудованием для преодоления узких мест в области производства тормозных дисков для легковых автомобилей — «точность безопасности и эффективность по стоимости», благодаря глубокому взаимодействию «жёсткой архитектуры с двумя шпинделями + двустороннего синхронного управления формой + индивидуальной настройки материалов и технологических процессов».
EN
