[Alatne maine za automobilsku industriju][predmet:Proizvodna sredstva] [profesor:Miroslav Radnovanovi]Golubovi Vladimir, br. indksa 376

ALATNE MAINE ZA AUTOMOBILSKU INDUSTRIJUUopteno: govori se o trendovima u automobilskoj proizvodnji i naglaava se znaaj ovog industriskog sektora na globalnu ekomoniju. Takoe se govori o tipinim automobilskim komponentama zajedno sa mainskim operacijama koje idu uz njih. Analizirano je korienje fleksibilnih maina naspram namenskih maina u kontekstu sadanjih trendova na automobilskom tritu. I na kraju su opisane nove mainske alatke i procesna tehnika koje su od znaaja za auto-industriju.

Svetski trendovi u automobilskoj proizvodnjiMoe se rei da je automobilska industrija bila motor industrijskog razvoja u 20-om veku. Sadanji trendovi pokazuju da bi takav uticaj mogla da ima i u budunosti. Ovde se govori o ekeonomskom uticaju auto industrije i o odgovorajuim komponentama gde je znaajna primena mainske obrade.

Ekonomski uticaj auto industrijeAutomobilska industrija je jedan od glavnih pokretaa svetske ekonomije. Blizu 70 miliona automobila, kombija, kamiona i autobusa je proizvedeno samo u 2006 godini. Ovaj nivo proizvodnje predstavlja globalni obrt od oko 1900 milijardi evra, to je cifra koja premauje BDP (bruto drutvenu proizvodnju) svih pet najbogatijih zemalja. tavie, auto industrija obezbeuje preko 8 miliona poslova irom sveta, to je oko 5% ukupnih proizvodnih poslova a procenjuje se da je 5 puta vie ljudi zapoljeno oko auto industrije odnosno u sektoru snabdevaa. A ukupna je procena da oko 50 miliona ljudi na svetu zarauje za ivot zahvaljujui proizvodnji automobila, kamiona, autobusa itd. irom sveta auto industrija belei rast na godinjem nivou od oko 4% u poslednjih nekoliko godina. Proizovdnja automobila i komercijalnih vozila se proirila maltene na ceo svet. Slika 1 pokazuje koje su to 15 najproduktivnijie zemlje u ovoj industriji u toku 2006-te

Slika 1. Svetska proizvodnja automobila i komercijallnih vozila

Strana | 1

kao i koliki je obim proizvodnje u ostalim zemljama irom sveta. Plava boja na grafiku prikazuje koliki je obim proizvodnje komercijalnih vozila do crna prikazuje obim prizvodnje automobila. Uticaj auto industrije govori da proizvodnja automobila nije samo puka proizvodnja dobara. Auto industrija je takoe lider u inovacijama i igra kljunu ulogu kada je u pitanju razvoj drugih industrija i drutva u celini. Po trenutnim procenama, auto industrija, na godinjem nivou ulae oko 85 milijardi evra u istraivanje i razvoj.

Mainske obrade u automobilskoj proizvodnjiU auto industriji, opte kategorije proizvoda koje podrazumevaju znaajnu maisku obradu su: a) Komponente motora, b) transmisione komonente, c) kompnente osovine i diferencijala i d) konice i felne. U svim sluajevima, dosta je zastupljena operacija pravljenja rupa kao to su: buenje, proirivanje, uputanje i razvrtanje. Takoe, postoji i obimna upotreba glodanja kao to su eono glodanje i obimno glodanje. U nekim komponentama kao to su radilica i bregasta osovina potrebne su operacije kao to je bruenje. Takoe na neke komponente se prmenjuju i opracije provlaenja. Tipini materijali radnog komada su kovani elici, liveno gvoe, aluminijum i legure silicijuma. Slika 2 prikazuje tipine primere automobilskih komponenti proizvedene od strane prvog stuba dobavljaa kao to su Nemak, Magna Powertrain, Sisamex, Delphi, i American Axle i Manufacturing, izmeu ostalih. U nastavku e pre svega biti rei o alatnim mainama za glodanje i buenje.

Slika 2. Automobilske komponente koje zahtevaju mainsku obradu

Strana | 2

Arhitektura proizvodnog sistema: Proizvodnja velikih koliina naspram fleksibilnostiU auto industriji postoji stalni pritisak da se odri niska jedinina cena zajedno sa velikim obimom proizvodnje ali u isto vreme da se odri i fleksibilnost. Ova potreba za fleksibilnou se javlja pre svega iz razloga jer trite zahteva promene koje se pre svega odnose na neke ustaljene standarde a promena tih ustaljenih standarda zahteva promenu arhitekture proizvodnje. Meutim arhitektura mainskog sistema je dizajnirana da zadovolji zahteve proizvodnje. Izbor arhitekture zauzvrat odreuje strukturu maina koje ine sistem.

Namenske maineNamenske maine se dele na transfer linije linearnog toka i transfer linije krunog toka. U sledeim odeljcima bie rei o namenskim mainama. Transfer linije linearnog toka Transfer linije linearnog toka su meusobno automatizovane grupe stanica koje ukljuuju operacije mainskih obrada, razvrtanja, ienja i operacije inspekcije. Cela linija transfera mora biti dizajnirana i naprvljena kao celina. Razliite stanice u transfer linijama linearnog toka zahtevaju proizvodne operacije na proizvodu istovremeno. Blokiranjem stanica maine i sitema rukovanja materijala, mogue je pomerati set in-proces proizvodnje proizvoda od stanice do stanice. Kad svaki proizvod stigne do kraja linije tranfera sve proizvodne operacije se izvravaju. Prve transfer linije koriene u auto industriji datiraju iz 20-ih godina prolog veka a koriene su u Americi i Velikoj Britaniji. Meutim nije ih bilo sve do 60-ih sve dok neki proizvoai nisu poeli da razvijaju odraeni stepen fleksibilnosti kroz modulanost u okviru transfer linija. Tokom godina programeri transfer linija su poveali modularnost ovih sistema tako da oni mogu da se prilagode skraivanju ivotnog ciklusa proizvodnje i promenama zahteva trita.Redosled operacija u livnici Op 10c Op 20c Op 30c Op 40cPre-machine oil pan face and crakcase features, finish-milling manufacturing lugs Pre-machine bank & end faces, core drill cup plug holes, drill oil gallery holes, de-flash cylinder bores

testiranje curenja pranje

Redosled operacija u fabrici motora Mill bank faces, mill oil pan face and crankcase Op 10 features, drill manufacturing holes grubo i zavrtno unutranje struganje Op 20 cilindra Op 30 preliminarno pranje Op 40 grejanje bloka cilindra Op 50 linearno montiranje cilindra Op 60 sistem za skladitenje i hlaenje zavrno glodanje, buenje i tap bearing cap Op 70seats

Op 80 Op 90 Op 100 Op 110 Op 120 Op 130 Op 140 Op 150 Op 160 Op 170 Op 180 Op 190

srednje pranje montiranje poklopca velike pesnice klipnjae Polu-Zavrno glodanje, drill and tap oil pan face,finishbore manufacturing holes

polu zavrno glodanje, drill and tap end facesDrill and tap deck faces, drill and ream oil feed and dip stick holes Finish-bore cup plug holes, glodanje, drill & tap mounting

grubo, semi-finish and finish-bore crank bore,finish-bore water pump and dowel holes

grubo, polu-zavrno i zavrno-bore cylinderbores and finish-mill bank face Finish-mill front, rear & pan faces. Finish-bore bank face dowels.

honovanje zavrno pranjeCup plug assembly and leak test

Tabela 1. Redosled operacija za obradu bloka motora kod transfer linije

Strana | 3

Primer prikazan u tabeli 1 prikazuje tipine operacije sekvenci za obradu bloka motora. U ovom sluaju linija transfera je dizajnirana da proizvede 650 000 blokova motora za godinu sa vremenom ciklusa od 27 sekundi. Generalno, za potrebe velikih proizvodnji kao to je proizvodnja bloka motora i glave cilindra preporuena je namenska linija transfera. Tu se misli na proizvodnju preko 250000 jedinica. Transfer linije krunog toka Ove maine su pogodnije za proizvodnju manjih delova. Ove maine mogu da izdre koverte radne zapremine do 0,027 m3 (300x300x300mm). Mogu da proizvedu veliki broj komponenti u rasponu od 100-550 po satu. Imajui u vidu da mogu da budu raspoloive 75% radnog vremena (u dve smene), ove maine mogu da proizvedu izmeu 300000 i 1650000 delova za godinu dana. Tipian dizajn ovih maina predstavio je Gnutti, koji proizvodi rotacione prenosne maine sa strukturom koja dozvoljava 25 stanica sa do 33 brzine vretena (vidi sliku 4). Konkretno, maina na slici ima ubrzanje ose od 15m/s2.

Slika 4. Modularna transfer linija krunog toka

Alternativni dizajn ovih maina je prikazan na slici 5. Ovaj koncept maine dozvoljava 3-6 stanica sa razliitom konfiguracijom za svaku stanicu... Horizontalne, velrtikalne, jedno vreteno, dvostruko vreteno itd. Kod ove maine, korienje kupole sa vie glava omoguava izvrenje vie operacija u okviru jedne radne stanice. Pored toga, pozicija glave u jednoj kupoli, moe biti prilagoena za buenje vie rupa. Alternativno, jedna stanica moe biti opremljena pomagalom za automatsko menjanje alata kao to je pikazano na slici 7.

Slika 5. Modularna transfer linija krunog toka sa kupolom sa vie glava proizvedena od Kaufmann-a

Strana | 4

Slika 7. Modularna transfer linija krunog toka sa automatskim menjaem alata po stanici proizvedena od Ultra Tech Machinery-ja

Fleksibilne elijeZa fleksibilne elije, najei tip konfiguracije maine je 4-osni obradni centar sa horizontalnim vretenom i izmenjivaem paleta (tipina struktura je prikazana na slici 8). Zbog potrebe za visokom produktivnou, neke od kljunih specifikacija za ove obradne centre su visoka stopa pohranjivanja, ubrzanje ose i neefektivni rad vreme na izmenjivau alata.

Slika 8. Struktura 4-osnog horiznotalnog obradnog centra sa izmenjivom paletom proizvedena od DMG-a

Specifikacije centara mainske obrade visokih preformnsi su date u tabeli 2, a primer ovog tipa maine je prikazan na slici 9. Zbog velike frekvencije koje vreteno ima dok putuje kroz vazduh, naroito tokom operacija pravljenja rupa, ubrzanje ose je jedna od Strana | 5

najznaajnijih specifikacija i ima veliki uticaj na vreme ciklusa. Shodno tome, vee maine imaju manje ubrzanje. Svi modeli maina imaju osnovno vreteno i vreteno velikih brzina, koje je pogodnije za obradu delova od livenog aluminijuma. Automatski menja alata (ATC), opcija u ovim mainama, moe da rukuje sa velikim brojem alata i da ih menja izuzetno brzo. Neefektivno vreme se meri kao ukupno vreme potrebno da a) povue vreteno na poziciju izmene alata b) promeni alat i c) vrati vreteno na obradak.Specifikacija X/Y/Z stopa pohranjivanja ubrzanje vreteno neefektivni rad kapacitet ATC-a Makino A100E 1,700/1,350/1,400 mm 50 m/min 50 m/min 2 4 m/s 1 12 and 18 k min 5.5 s 40/90/132/188/244/302 Heller MCH250 800/800/800 mm 60 m/min 60 m/min 2 7 m/s 1 6 and 12 k min 4.1 s 50/100/106/234/405 Okuma MA-500HB 700/900/780 60 m/min 60 m/min 2 7 m/s 1 6 and 12 k min 4.4 s 40/60/100/200/400

Tabela 2. Tipine specifikacije 4-osnog obradnog centra visokih prformansi sa horizntalnim vretnom i menjaem palete

Slika 9. Primer 4-osnog obradnog centra visokih preformansi proizveden od Okuma-e

Fleksibilne elije su uglavnom integrisane kroz korienje sistema za upravljanje paletama. Zbog prirode obradnih centara koji se koriste u fleksibilnim elijama, ovaj pristup obezbeuje mogunost da se lako primene neke izmene na proizovdu koji je npr. deo neke porodice proizvoda. Efikasna primena fleksibilnih elija, u operacijama obrade velikih delova, se preporuuje za obim proizvodnje do 100000 delova godinje. Kada izabere ovu opciju, korisnik mora uzeti u obzir i dodatni rad koji se odnosi na odravanje rasporeda koji opet treba da bude fleksibilan.

Strana | 6

Hibridni sistemiZa velike koponente, kada prizvodnja ide od 200000-400000 delova godinje ni fleksibilne maine niti namenske maine ne predstavljaju ba optimalni izbor. U ovom sluaju mnogo efikasniji pristup mogo bi da bude jedan hibrdni sistem koji integrie fleksibilne elije u transfer linije. Slika 10 ilustruje prelaze, u zavisnosti od koliine proizvodnje, izmau fleksibilnih elija i namenskih maina i gde se tu uklapa hibridni sistem, a baziran je na studiji sluaja, uglavnom blokova motora, glave cilindara i sluajevima menjaa.

Slika 10. Nivo proizvodnje za fleksibilne sisteme, hibridne sisteme i namenske sisteme

Slika 11. prukazuje sluaj u kome su neke operacije linje tranfera zamenjene fleksibilnim elijama. Sline operacije se istovremeno obavljaju na nekoliko maina u paralelnom procesuiranju. Delovima operie portalni robot (Ganery robot) koji se nalazi izmeu fleksibilnih elija i transfer linija. Pogledaj sliku 12.

Slika 11. Integracija fleksibilne elije u transfer liniju

Strana | 7

Slika 12. Portalni robot koji integrie fleksibilnu eliju sa transfer linijom proizveden od Cross Hller-a

Ako jedna maina prestane da radi, dal je to zbog kvara ili promene proizvoda, druge maine u eliji nastavljaju rad. Nauprot tome, kada se jedna stanica u nameskoj maini ugasi celokupna proizvodnja staje. Jo jedna presnost hibridne linije transfera je proirivost. tj. elija lako moe biti proirena dodatnom mainom. Ovo omoguava uvoenje novih mainskih operacija, to se najee javlja kao potreba za redizajnom proizvoda. Svaka maina u fleksibilnoj eliji se ponekad i naziva agilni modul. Tipina struktura agilnog modula je prikazana na slici 13. Ove maine imaju tanak dizajn koji im omoguava da zajedno budu naslagane zajedno kao deo fleksibilne elije u kombinaciji sa transfer lnijama liniskog toka. Elektrini ormani i servo motori se nalaze iza maine. Najbitnije specifikacije agilnih modula su prikazane u tabeli 3. Kao i u sluaju centara obrade visokih preformansi kljuni zahtevi za ove agilne module su brza stopa pohranjivanja, maksimum do kog moe da se isprogramira ta stopa pohranjivanja, ubrzanje ose i neefektivno vreme na menjau alata. Pored toga, povrina poda je veoma bitan faktor kod Strana | 8

ovih aglnih modula. Zbog njihove smanjene fleksibilnosti agilni moduli koriste menjae alata koji imaju manje kapacitete nego oni koji su ponueni u samostalnim obradnim centrima.

Slika 13. Struktura 4-osnog agilnog modula proizvedenog od strane Toyoda-e

Specifikacija X/Y/Z stopa pohranjivanja ubrzanje vreteno neefektivno vreme kapacitet ATC-a dimznija (duinaxirina)

Makino J4M

Okuma MILLAC-44H

500/560/500 mm 50 m/min 60 m/min 2 12 m/s 1 16 k min 3.0 s 40/90/132/188/244/302 1,500 4,075 mm

410/460/470 mm 20 m/min 50 m/min 2 10 m/s 1 12 and 20 k min 3.0 s 50/100/106/234/405 1,350 3,450 mm

Tabela 3. Tipine specifikacije 4-osnog agilnog modula sa horizontalnim vretenom

Strana | 9

Tehnoloki trendoviPotreba za smanjenjem mase (teine) automobila, povezana sa efikasnou goriva u automobilima, dovodi do sve vee upotrebe aluminijumskih legura u motorima. Meutim ovaj trend zahteva upotrebu mainskih komponenti i alata sa rezanje sa boljim preformansama. Konkretno: zahtevaju se vretena velikih brzina i vea upotreba linearnih pogonskih motora. Npr. agilni moduli kao to su Okuma MILLAC-44H, Makino J55-ISO, Toyoda TOP J linija transfra i Mazak Ultra Narrow (ultra tanak) UN-600H ukljuuju opciona vretena sa 20000rpm (sa CAT 40/HSK 63 veliinom). Pored toga, postoji kontinuirani razvoj novih i efektivnijih materijala i sistema za upravljanje alatima. Najei tipovi za skladitenje alata su bubanj i onaj zasnovan na lancu, kapaciteta do 60 lokacija za alate. Za dodatne kapacitete koriste se kule i matrini sistemi koji omoguavaju i do 400 lokacija za alate. Colombo Filippetti Torino, Miksch i Bertsche Engineering su neki od najznaajnih dobavljaa kada su u pitanju sistemi za menjanje alata. Potreba da se odrava visoka produktivnost je dovela do razvoja maina sa dvostrukim vretenom, kao to je prikazano na slici 15. (MAG Powertrain SPECHT 550 DUO). Ovaj tip maine ima neefektivno vreme sputeno za 3 sekunde. Koncept maine sa dvostrukim vretenom proizveden od strane Mikron (Multistep XT-200) moe da utedi neefektivno vreme za 1 sekundu. Kad je u pitanju obrada komponenti u auto industriji, rashladne tenosti predstavljaju 15% ukupnih trokova rada. Meutim treba znati da se rashladne tenosti koriste kako zbog zatite ivotne sredine tako i zbog zatite na radu, jedna od aktivnih istraivakih tema jeste kako minimizirati koliinu podmazivanja tj. kako smanjiti taj troak. I konano, upotreba reznih alata od polikristalnog dijamanta i upotreba volfram-karbida (koji se koristi kao prevlaka na alatu) u zadnje vreme poinju sve vie da dobijaju na znaaju.

Obim proizvodnje motornih vozila u svetu danas

Slika 14. Najveih 20 proizvoaa motornih vozila u 2010-oj po zemljama proizvoaima

izvor: http://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_industry

Strana | 10

Slika 15. Najvei proizvoai motornih vozila u 2010-oj

izvor: http://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_industry

Korisni linkovihttp://www.kaufmanmfg.com/machinery/index.htm http://www.boschrexroth.com/business_units/brc/en/branchen_en/sim_en/sim_anw_mtx_en/Linear_und_Rundtaktmaschinen_en/index.jsp - proizvoa linija transfera, deo BOSH grupe. http://www.directindustry.com/cat/milling-turning-cnc-machining/transfer-machines-E-643.html - sajt sa velikom bazom proizvoaa transfer linija, gde je pored obimnog video materijala dostupan i veliki broj kataloga proizvoaa. https://addons.mozilla.org/en-US/firefox/addon/video-downloadhelper/?src=hp-dl-mostpopular - koristan besplatni alat za skidanje video klipova, koristi se kao dodatak za FireFox browser.

Strana | 11

SadrajSvetski trendovi u automobilskoj proizvodnji................................................................. 1 Ekonomski uticaj auto industrije ................................................................................ 1 Mainske obrade u automobilskoj proizvodnji ........................................................... 2 Arhitektura proizvodnog sistema: ................................................................................. 3 Proizvodnja velikih koliina naspram fleksibilnosti ........................................................ 3 Namenske maine .................................................................................................... 3 Transfer linije linearnog toka ................................................................................. 3 Transfer linije krunog toka ................................................................................... 4 Fleksibilne elije........................................................................................................ 5 Hibridni sistemi ......................................................................................................... 7 Tehnoloki trendovi .....................................................................................................10 Obim proizvodnje motornih vozila u svetu danas .........................................................10 Korisni linkovi ..............................................................................................................11

Strana | 12