Il settore della lavorazione dei componenti del powertrain (gruppo propulsore, l'insieme di parti che trasforma l'energia del carburante o della batteria in movimento) è uno dei più esigenti della manifattura industriale, con volumi di produzione che variano da lotti medi (per veicoli speciali o modelli a bassa diffusione) a lotti molto grandi (per auto di serie, con produzioni che superano le 100.000 unità all'anno per singolo modello).
Le parti chiave di questo settore sono tre:
I materiali utilizzati sono principalmente due, con caratteristiche molto diverse che influenzano ogni fase della lavorazione:
Le decisioni di acquisto di macchinari e processi in questo settore sono guidate da tre fattori prioritari: conformità alle specifiche di qualità, capacità di rispettare i tempi ciclo richiesti e costi di produzione unitari.
Le parti del powertrain automotive hanno requisiti di precisione e di finitura superficiale molto elevati, che derivano dalla necessità di garantire prestazioni, affidabilità e durata del motore e della trasmissione.
La tolleranza è la deviazione massima consentita dalle dimensioni nominali di una parte. Per le parti del powertrain, gli intervalli di tolleranza variano a seconda della funzione della parte:
La finitura superficiale è la misura della rugosità di una superficie, espressa in micrometri (µm). Per le parti del powertrain:
Il tempo ciclo è il tempo totale necessario per completare la lavorazione di una parte, dalla presa in carico del grezzo alla rimozione della parte finita. Nel settore automotive, la pressione sui tempi ciclo è molto elevata, perché i volumi di produzione sono grandi e i margini di profitto sono ridotti.
Per le parti del powertrain, i tempi ciclo richiesti variano a seconda della complessità della parte e del materiale:
La pressione sui tempi ciclo è amplificata dalla necessità di rispettare i programmi di produzione dei costruttori di auto, che spesso richiedono consegne just-in-time (JIT), senza scorte di magazzino.
La selezione della macchina e del processo di lavorazione dipende dal tipo di parte, dal materiale e dal tempo ciclo richiesto. Ecco le categorie di macchine che si adattano meglio a questo settore, con esempi concreti di modelli Gree CNC:
I centri di lavorazione verticali sono macchine a controllo numerico (CNC) che lavorano la parte con un mandrino orientato verticalmente. Sono ideali per la lavorazione di parti di medie dimensioni, come blocchi motore e testate in alluminio.
Due modelli Gree CNC adatti a questo settore sono:
I centri di lavorazione verticali a doppio mandrino hanno due mandrini che lavorano contemporaneamente due parti diverse o la stessa parte da due lati, per ridurre il tempo ciclo. Il modello GA-MVD2560 è adatto per la lavorazione di parti lunghe come i carter trasmissione, perché ha una corsa X totale di 2500 mm, con due mandrini che lavorano su una corsa X di 1700 mm ciascuno. La sua capacità di carico massimo di 2000 kg è sufficiente per parti di grandi dimensioni.
I centri di lavorazione a 5 assi possono orientare il mandrino o la parte in cinque direzioni diverse, per lavorare parti complesse con una sola presa. Sono ideali per la lavorazione di testate dei cilindri, che hanno superfici inclinate e fori di allineamento complessi.
Modelli adatti a questo settore sono:
I centri di lavorazione orizzontali hanno il mandrino orientato orizzontalmente, che permette di lavorare più lati della parte con una sola presa. Sono ideali per la lavorazione di parti complesse come i blocchi motore, perché permettono di ridurre il numero di prese e quindi il tempo ciclo. Il modello GA-MH500 è un centro di lavorazione orizzontale con una precisione di posizionamento di 0,010 mm e una ripetibilità di 0,006 mm, adatto per la lavorazione di alluminio.
I centri di lavorazione a portale sono macchine di grandi dimensioni, con un mandrino che si muove su un portale sopra la parte. Sono ideali per la lavorazione di parti molto grandi come i blocchi motore di veicoli pesanti o i carter trasmissione di veicoli commerciali. Modelli adatti a questo settore sono GA-GF2517 e GA-GF4028, con elevate coppie di taglio (fino a 700 Nm) per la lavorazione di ghisa.
Le officine che lavorano parti del powertrain automotive commettono errori costosi, spesso derivati da una valutazione insufficiente delle esigenze del settore. Ecco i più comuni:
Molte officine acquistano macchine con mandrini ad alta velocità ma con rigidità insufficiente, pensando che la velocità sia sufficiente per ridurre il tempo ciclo. Per la lavorazione di parti del powertrain, soprattutto in ghisa, la rigidità della macchina è fondamentale: una macchina non sufficientemente rigida subisce vibrazioni durante la lavorazione, che causano errori di precisione, usura precoce degli utensili e tempi ciclo più lunghi.
La ripetibilità è la capacità della macchina di produrre parti identiche una dopo l'altra. Molte officine valutano solo la precisione di posizionamento della macchina, ma la ripetibilità è più importante per la produzione in serie: una macchina con una buona precisione di posizionamento ma una ripetibilità scarsa produrrà parti con dimensioni variabili, che non rispettano le tolleranze.
Il tempo di cambio utensile è il tempo necessario per sostituire un utensile usato con uno nuovo. Per la lavorazione di parti del powertrain, che richiedono fino a 30 utensili diversi, i tempi di cambio utensile brevi sono fondamentali per ridurre il tempo ciclo. Molte officine acquistano macchine con tempi di cambio utensile lunghi, che aumentano il tempo ciclo totale in modo significativo.
Molte officine acquistano macchine che lavorano solo il grezzo, senza considerare che le parti del powertrain richiedono processi di finitura come la rettifica o la lappatura. Una macchina che non produce superfici con la rugosità e la precisione necessarie richiederà processi di finitura aggiuntivi, che aumentano i costi e il tempo ciclo.
Non tutte le macchine e i processi sono adatti a tutte le parti del powertrain automotive. Ecco i lavori che non possono essere serviti bene con gli approcci comuni:
Le parti in ghisa ad alta resistenza per motori di veicoli pesanti richiedono coppie di taglio molto elevate e macchine con rigidità eccezionale. Molte macchine per la lavorazione di alluminio non sono adatte a questo tipo di lavorazione, perché non hanno la coppia di taglio e la rigidità sufficienti.
Le parti del powertrain elettrico, come i carter del motore elettrico o i carter della batteria, hanno forme molto complesse e richiedono lavorazioni a 5 assi con precisione molto elevata. Molte macchine per la lavorazione di motori ICE non sono adatte a questo tipo di lavorazione, perché non hanno la precisione e la capacità di lavorare forme complesse.
Per la produzione di lotti molto grandi con tempi ciclo inferiori a 10 minuti, sono necessarie linee di produzione integrate con più macchine e sistemi di automazione avanzati. Le macchine singole non sono adatte a questo tipo di produzione, perché non possono raggiungere i tempi ciclo richiesti.
| Categoria di macchina | Parti tipiche adatte | Materiali adatti | Esempio di modello Gree CNC |
|---|---|---|---|
| Centro di lavorazione verticale (VMC) | Carter trasmissione, testate di cilindri | Alluminio, ghisa leggera | GA-MV856, GA-DV750 |
| Centro di lavorazione verticale a doppio mandrino | Carter trasmissione lunghi, blocchi motore di medie dimensioni | Alluminio, ghisa leggera | GA-MVD2560 |
| Centro di lavorazione a 5 assi | Testate di cilindri, blocchi motore complessi | Alluminio, ghisa | GA-UHD500, GA-UV1050 |
| Centro di lavorazione orizzontale (HMC) | Blocchi motore, parti complesse con più lati da lavorare | Alluminio, ghisa | GA-MH500 |
| Centro di lavorazione a portale (GMC) | Blocchi motore di veicoli pesanti, carter trasmissione di grandi dimensioni | Ghisa, alluminio | GA-GF2517, GA-GF4028 |
Prima di acquistare una macchina per la lavorazione di parti del powertrain automotive, valutate questi punti:
Qual è la differenza tra mandrino meccanico e mandrino elettrico? Il mandrino meccanico ha il motore separato dal mandrino, collegato da cinghie o ingranaggi, e ha una coppia di taglio elevata ma velocità di rotazione inferiore. Il mandrino elettrico ha il rotore del motore integrato nel mandrino, e ha velocità di rotazione elevata ma coppia di taglio inferiore. Per la lavorazione di alluminio, i mandrini elettrici sono adatti; per la lavorazione di ghisa, i mandrini meccanici sono adatti.
Perché la ripetibilità è più importante della precisione di posizionamento per la produzione in serie? La precisione di posizionamento indica quanto bene la macchina può raggiungere una posizione nominale, mentre la ripetibilità indica quanto bene la macchina può raggiungere la stessa posizione più volte. Per la produzione in serie, è più importante produrre parti identiche una dopo l'altra, quindi la ripetibilità è più importante.
Qual è il tempo ciclo minimo per un blocco motore in alluminio? Il tempo ciclo minimo per un blocco motore in alluminio è di circa 30 minuti, con una macchina ad alta velocità e automazione avanzata. Per blocchi motore più complessi, il tempo ciclo può aumentare fino a 60 minuti.
Le macchine per la lavorazione di motori ICE sono adatte per la lavorazione di parti del powertrain elettrico? Non sempre. Le parti del powertrain elettrico hanno forme più complesse e richiedono precisione più elevata rispetto alle parti dei motori ICE. Molte macchine per la lavorazione di motori ICE non hanno la capacità di lavorare forme complesse o la precisione necessaria per le parti del powertrain elettrico.
Come posso ridurre il tempo ciclo senza compromettere la qualità? Per ridurre il tempo ciclo senza compromettere la qualità, potete: acquistare macchine con tempi di cambio utensile brevi, utilizzare utensili ad alta efficienza, implementare sistemi di automazione per la presa e la rimozione delle parti, e ottimizzare i percorsi di lavorazione per ridurre i tempi di movimento della macchina.
