埃马克生产系统： 优化涡轮增压器轴的精加工

涡轮增压器生产属于汽车制造中最具有挑战性的任务之一：高硬度材料、 精确的几何尺寸要求、巨大的生产批量以及价格压力等，为设备制造商和 供应商带来了艰巨的挑战。汽车行业持续不断的轻量化，以及对排量较小 的高性能零件的需求增加，使得涡轮增压器和轴类件逐渐成为了生产规划 者关注的焦点。在此前提下，所需的自动化生产解决方案不仅要能提高工 件加工数量并降低“单件成本”，同时还要确保高精度的生产过程。针对上述挑战，埃马克最新研发出一套整体化解决方案：在“出自一手”的整体连 接式生产系统中，可以完成涡轮轴的加工，其中包括预车、淬火和磨削， 直到ECM 动平衡。在不到50 秒的时间内，工件便可以完成加工，质量也超出预期要求。

在汽车制造领域内，节能减排已成为发展的必然趋势。例如，德国机械设 备制造业联合会 (VDMA) 在其研究报告《转型中的驱动》 (Antrieb im Wandel) 中预测，到2030 年，乘用车内的汽缸数量将由如今的平均4.3 个下降到4 个。未来的发动机还会变得更小。同时，发动机的排量也会变 小，但这可以通过提高涡轮增压器增压来进行补偿：吸入的空气将被进一步压缩，并以最大压力压入燃烧室内。在实际情况下，由此便可达到极高 的功率参数：在现代化的发动机中，压缩机转子最高转速甚至可以达到每 分钟290,000 转，并且部件也会产生极高的温度。在此前提条件下，涡轮 增压器轴的生产便成为汽车制造行业中最具挑战性的任务之一。这些采用 比如Inconel 等高性能材料制成，可以承受高达1,000 摄氏度的温度，但这类材料由于硬度极高而很难进行加工。尽管如此，涡轮增压器仍然必须 批量生产，具有高精度和工艺可靠性——埃马克的标准要求，埃马克的技 术应用工程师Markus Neubauer 强调：“我们全面的专业知识使我们受 益匪浅，毕竟这些涵盖了从预加工到精加工（包括动平衡）的整个工艺 链。因此，包括规划、项目管理、实施和服务的整条生产线都完全出自一 30 手。这一优势在建立新的涡轮增压器生产设施中起着决定性要素。对于客户而言，整个规划和售后流程也大大简化。”

在一条生产线中完成车削、淬火、磨削和动平衡

从预车和感应淬火、磨削直到电化学动平衡的高要求生产工艺，已充分展 示出这种工艺方法的优势所在。生产线共分为五道主要工序：

 在生产线起始处，堆垛机械手将毛坯件放置在立式车床VTC 100-4 的输送带上，之后由机床的工件机械手将工件运送到加工区内。一 次装夹便可以完成涡轮轴的预车，通过四轴加工确保缩短主加工时 间。机床为倒立式设计结构，从而使切屑能自然掉落，可避免切屑堆积。

 另一个机械手从VTC 100-4 的输送带上抓取已预车完毕的工件， 并将其送入EMAG eldec 的MIND-M 1000 机床中进行热处理，工 件会被很快加热到一个精确的温度。专家们称这一步骤为“消除应 力”：即有针对性地消除工件中存在的任何应力。如果需要对工件 的轴承座进行淬火处理，也可以在这台机床中进行。

 在第三和第四道工序中，会进行多项不同的磨削加工：首先会在一 台埃马克HG 204 机床中进行轴的卧式磨削加工。之后，会在立式磨床VLC 200 GT 中精加工涡轮叶轮的环形槽和叶轮外部轮廓。在 VLC 200 GT 的加工区内，也可以使用一个选装的电动刷对叶轮轮廓进行去毛刺处理。

 工件在经过清洗设备和测量系统之后，便来到最后一道工序：在 EMAG ECM 的CS 机床中通过电解加工方式进行动平衡 处理。这 一无切屑工艺只需要一个重复步骤便可完成。这种非接触式的材料切削方式刀具磨损极小——与切削工艺相比，这是一项巨大的优切削方式刀具磨损极小——与切削工艺相比，这是一项巨大的优 势。

完美工艺确保最终质量

汽车涡轮增压器轴（涡轮转子）的整个加工过程在50 秒内即可完成。如果采用三班制运行，则每年的涡轮转子生产量可达到420,000 至450,000 60 个。通常完成最后的动平衡处理后，工件便可立即安装。“在这类以及其 他类似项目中，我们能够始终确保提供量身定制的系统架构。出于这个原 因，埃马克将向客户提供其所有的产品专业知识，其中包括各类不同的刀 具应用、多功能车床的设计、整体控制系统和互联以及与跨系统连接 等。”Markus Neubauer 总结说，“这些出自一手的专业知识在生产高要 求工件的过程中也是一项确保成功的要素，由此可以帮助我们在市场中站 稳脚跟。”