Teslas bilar används ofta som exempel på att elbilar inte behöver flera växlar eller dubbelkoppling. Det vill säga med undantag för alla modeller som visst behöver det. Mats Wennmo , Global Automotive Transmission Manager på Sandvik Coromant, förklarar hur processen power skiving kan hjälpa elbilstillverkare att hänga med i trenden med flerväxlade elbilar, med avsevärt kortare bearbetningstider.
Krönika: Mats Wennmo, Sandvik Coromant
I takt med att allt fler biltillverkare ger sig in på elbilsmarknaden ökar intresset för flerväxlade elbilar.
Teslas Dual-motor-bilar Model S, Model X och Model 3 har två växlar var, en framtill och en baktill. Potentialen i elbilar med flera växlar har även undersökts av Porsche, som har bekräftat att den kommande eldrivna Taycan kommer att ha en växellåda med två lägen. Elbilar från tillverkare som Polestar, Volvo, Lucid och Volkswagen har alla växellådor, men inte i den mening som bilar har haft växellådor tidigare. Den nya tekniken inkluderar en transaxelenhet med två lägen för elbilar enligt ZF, som tillverkar tekniska system för bilar.
Det finns många prestandafördelar för elbilar med flera utväxlingsförhållanden. Dessa ska vi undersöka närmare i denna artikel. Men hur ska andra tillverkare kunna hålla jämna steg med Porsche och Tesla, samtidigt som produktionen ska vara kostnadseffektiv, om elbilar med flera växlar visar sig vara en framgång?
De två huvudsakliga anledningarna till varför elbilar behöver transmissioner visas i bild 1. För det första är förhållandet mellan vridmoment/varv per minut (varvtal) inte detsamma i en elbil som i en bil med förbränningsmotor. Med elbilen är det svårt att få vridmoment/acceleration från batteriet utan transmission. Det höga vridmomentet belastar kuggflankerna ytterligare och i kombination med höga varvtal flyttas fokus till ljuddämpning, eftersom elbilar inte har en motor som döljer ljudet.
Med elbilar är det svårt att få vridmoment/acceleration från batteriet utan transmission. Elbilarnas höga varvtal ställer ytterligare krav på transmissionen.
För det andra ställer elbilarnas höga varvtal högre krav på transmissionens kvalitet, vilket gör det svårare att använda konventionella bearbetningsmetoder. Det gäller även när maskiner står på rad och avvikelser uppstår i kuggarna varje gång komponenten med kuggar flyttas till nästa maskin. Transmissionerna i elbilar är huvudsakligen planetväxlar där den kompakta designen även reducerar vikten och platsen som behövs för transmissionen. Vissa transmissioner kallas även reduceringsväxlar, eftersom de är avsedda att reducera vridmoment och varvtal vid start.
Power skiving i praktiken
Vilket är då det bästa sättet att tillverka dessa transmissionskomponenter av högre kvalitet? Svaret ligger i ett koncept som har funnits i över hundra år: power skiving. Processen kombinerar hyvling och kuggfräsning — en bearbetningsprocess för kuggbearbetning – i en enda, kontinuerlig bearbetningsprocess.
Power skiving har många fördelar jämfört med konventionella bearbetningsmetoder, inklusive högre produktivitet och flexibilitet. Med den här metoden är det möjligt att bearbeta hela komponenten i en flerfunktionsmaskin eller fleroperationsmaskin, utan omriggning. Det ger kortare produktionstid, bättre kvalitet och lägre kostnader för hantering och logistik. Processen underlättar även en hanterbar och förutsägbar bearbetning av komponenten.
Eftersom hela bearbetningen kan genomföras utan omriggning försvinner behovet av flera specialmaskiner och maskinbyten. För biltillverkare innebär färre maskinbyten en enorm vinst, eftersom stilleståndstider är mycket dyra.
En av Sandvik Coromants kunder har testat power skiving för att forma viktiga växelkomponenter av låglegerat 16MnCr5-stål med Sandvik Coromants CoroMill® 178 eller den indexerbara CoroMill 180.
Arbetsstycket grovbearbetas och finbearbetas med CoroMill 178H PM-HSS solid fräs för power skiving. Tidigare använde kunden en hyvelverktyg för denna process. Den har en skärhastighet på 40 m/min (131 fot/min) för grovbearbetning och 50 m/min (164 fot/min) för finbearbetning. Genom att använda den här metoden kan hastigheten ökas till 250–300 m/min (820–980 fot/min) för både grovbearbetning och finbearbetning.
Allt som allt använde tillverkaren fräsen CoroMill 178H PM-HSS i tre till fem steg för grovbearbetning och två steg för finbearbetning. Kunden har även berättat om kortare tider för verktygsriggning och indexering, ökad processtabilitet och tydligt ökad komponentkvalitet. Den ökade kvaliteten beror huvudsakligen på att komponenten inte längre behöver flyttas mellan olika maskiner/bearbetningar vilket annars kan innebära centrumavvikelser och kastavvikelser. Hela bearbetningen genomfördes utan omriggning.
Genom att den tidskrävande hyvlingsprocessen ersattes med power skiving förkortades dessutom bearbetningstiden och verktygslivslängden ökades avsevärt. Det motsvarar en minskning om 90 % vad gäller bearbetningstid, vilket ger kunden en värdefull mängd av fri kapacitet.
Välja verktyg
Sandvik Coromant erbjuder olika fräsar för power skiving, bland annat CoroMill 178S i hårdmetall och CoroMill 178H som är tillverkade av pulvermetallurgiskt snabbstål (PM-HSS). De är utformade för hög noggrannhet och prestanda och finns för modulerna 0,5–6 (DP 50–5). Sandvik Coromant erbjuder även CoroMill 180. Det är vändskärsfräsar med fixerade skärlägen för hög och repeterbar noggrannhet i modulerna 2,5–8 (DP 10–3).
Även om power skiving har funnits länge har det nyligen fått en ny skjuts, då maskinerna blir robustare och stabilare samtidigt som tillverkare letar efter nya bearbetningsmetoder. Power skiving passar särskilt bra för massproduktion, där korta ledtider är avgörande, samt i branscher där stilleståndstider är mycket dyra, som fordonsindustrin för till exempel tillverkningen av elbilar.
För mer information: Sandvik Coromant
