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有效實現鋁合金和鈦合金的高速切削
2013-3-14  來源:  作者:

      作為全球領先的高性能柴油發動機、成套傳動系統和分散式能源生產設備供應商,MTU的產品不但品種繁多,而且技術先進,因此被廣泛地應用于船舶、陸地車輛和軌道交通以及工業應用領域。 作為Tognum集團最大的子公司,相對市場常見的標準系統,MTU在渦輪增壓器領域內的權威性越來越受到重視。新世紀初,企業不得不因此進行大規模的重組,并對經營戰略做出重大調整。為了實現鋁合金以及鈦合金高精度渦輪增壓器壓縮機轉輪的三班次量產,該企業決定投資引進德馬吉的5軸高速銑削加工中心。目前,已經有兩臺DMC 75 V linear在德國弗里德里希港(Friedrichshafen)正式投入使用。第三臺采用德馬吉新設計(New DMG Design)理念并配備有德馬吉 ERGOline和西門子Sinumerik 840D solutionline的升級版HSC 75 linear機器也將到位(圖1)。

 


圖1 目前,已經有2臺5軸HSC銑削加工中心DMC 75 V linear在MTU Friedrichshafen有限公司投入使用。接下來,第三臺采用德馬吉新設計理念的升級版HSC 75 linear將續寫德馬吉的傳奇。 在控制方面,為了和Sinumerik 840D powerline 能夠配套,MTU Friedrichshafen公司在引進的第三臺HSC 75 linear上配備了Sinumerik 840D solutionline

  
      從新世紀開始時,高性能的渦輪增壓機越來越成為MTU Friedrichshafen有限公司的核心技術。MTU公司在弗里德里希港的系列生產廠主管克勞斯.葉戈爾(Klaus J?ger)這樣描述道:一方面,對尾氣排放的規定要求越來越嚴格;另一方面,客戶對性能的要求也在不斷提高。因此,市場上的標準產品已不能滿足我們的要求。我們必須為自己生產的發動機度身打造匹配的渦輪增壓器。“ 除了對排量以及動態性能的要求不斷增加外,可靠性和使用壽命也一直是我們關注的重要特性”。

  
      必須為MTU生產的發動機專門設計配套的渦輪增壓器。這既是一次挑戰,也是一次難得的機遇。如果成功,MTU就能在不斷增長的高性能發動機領域取得決定性的優勢,并從競爭對手中脫穎而出。 當然,要實現這一目標,前提條件是必須有針對性地鞏固并強化MTU目前具備的、在渦輪增壓器研發尤其是制造領域的權威性和能力。

 


圖2 鈦合金壓縮機轉輪的5軸同步加工對德馬吉的HSC機床穩定性提出了最高的要求

  
      現在距離最終做出落實上述計劃的戰略決策已過去了好幾年。具體的項目規劃始于2003年。在研發部門的有力支持下,從2005年起,高性能渦輪增壓器的生產和裝配部門就經歷了徹底的重組和改造,最終(項目的計劃結束時間為2012年),整個制造技術將完全變樣。

  
      以發生了顯著變化的壓縮機轉輪生產部門為例。在MTU Friedrichshafen公司負責渦輪增壓器生產規劃的項目經理威里.坎普特(Willi Kempter)介紹最初情況時說:“我們并非從零開始,而是已經擁有自己的渦輪增壓器生產。不過,當時配備的還全都是特種機械。我們大家都很清楚,這樣的生產結構將不能滿足新的要求。我們首先必須實現設備的標準化。這樣一來,一方面,我們能夠靈活應對壓縮機轉輪多樣化的尺寸;另一方面,在確保高性能的同時,又可有效地控制成本”。

  
      由于壓縮機轉輪的外形尺寸復雜多樣,因此,在購置機床時,5軸同步加工技術也就成為選擇的必然(圖2)。設備規劃主管于爾根.寇恩(Jürgen Kohn)還記得當時的情況,他隨即補充道:“ 但另一個難題又擺在了面前,雖然大部分零部件都是采用鍛造鋁合金制成的,然而,為保證承受高負荷的高要求發動機的使用壽命,鈦合金正被越來越多地應用到壓縮機轉輪上。為此,我們當時需要這樣一臺機床:它既能實現鋁合金的高速加工,同時又必須足夠穩定,以便能切削加工硬度明顯高得多的鈦合金”。

  
      雖然兩者之間存在矛盾,但位于弗里德里希港的MTU還是幸運地找到了合適的解決方案。 作為渦輪增壓器生產技師,卡爾海因茨.里格(Karlheinz Riegg)對當時引進德馬吉的5軸HSC銑削加工中心這一決定的正確性從未懷疑過。他評價道:“ 由于對精度以及表面加工質量有著極高的要求,因此,作為速度、動態性能以及穩定性的完美組合,我們決定選擇DMC 75 V linear。 另外,與其他供應商的產品相比,德馬吉的設備占地面積較小。更重要的是,和過去使用的特種設備相比,DMC 75 V linear的性價比更優越。”

  
      然而,不可否認的是,在2005年秋設備安裝初期,MTU的確面臨這樣和那樣的困難。克勞斯.葉戈爾辯證地說道: “當我們決定引進DMC 75 V linear時,而該產品剛剛研發問世。 我們裝置的盡管不是一臺樣機,但也是一臺剛批量生產不久的新設備。所以,對這臺設備是否能立即投入到3班倒的生產中去,我們的確是冒著一定風險的。在開始階段發生在設備上的小毛病,當時也的確讓我們手足無措。不過,所有這些并沒有影響到MTU產品一貫的高品質,以及我們與德馬吉之間的持續合作。”

  
      現在,所有的風浪都被一一平息了,克勞斯.葉戈爾由衷地說道:“實現客戶與供應商之間良好合作的關鍵因素并不是設備本身,而是雙方如何處理出現的問題。德馬吉給我們的感覺是一個值得信賴的合作伙伴,他們樂于傾聽,并時刻關注我們的需求,及時把我們的需求轉化為對產品的不斷改進。 所以,雖然初期出現了一些問題,但我們還是決定繼續引進DMC 75 V linear的升級換代產品。該設備目前主要用于鈦合金的加工。 至今為止,我們同德馬吉在鋁合金以及鈦合金加工領域的良好合作也印證了此前我對供應商的評價標準。”

  
      卡爾海因茨.里格也證實道:“總的來說確實發生了巨大的變化。安裝以來,第二臺設備運轉良好并非常可靠。 另外,第一臺DMC 75 V linear雖然還有些小問題,但總體還是令我們滿意的。而且,德馬吉也承諾,將會盡快解決所有遺留問題。” 現在,卡爾海因茨.里格和他的同事又一次滿懷憧憬地期待著采用德馬吉新設計理念并配有西門子Sinumerik 840D solutionline的升級版HSC 75 linear能盡快到位。他們希望通過這臺設備的引進,進一步提高整個生產過程的穩定性和可再現性。

 


圖3 MUT約80%的高性能渦輪增壓器使用的是鍛造鋁合金制成的壓縮機轉輪(上圖)。剩下的20%則使用鈦合金制成的壓縮機轉輪(下圖)。 由于加工時間比較長,因此,鈦合金加工占據了HSC全部加工產能的60%

 

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