CNC 機械加工は自動車製造における鋳造とスタンピングを置き換えることができますか?

1. プロセスの特性の比較:-精度、効率、コストの三者勝負: CNC 加工は精度と汎用性の標準です。
コンピューター数値制御システムを使用することで、CNC 加工では工具の動きを ± 0.01 mm 以内に制御でき、表面粗さは Ra < 0.4 μm に近づくことができ、これは従来の鋳造やスタンピング方法よりもはるかに優れています。その主な利点は次のとおりです。
設計の自由度: 図面を完成品に変換する金型を使用せずに、複雑な表面、中空構造、ターボチャージャー ブレード、カーボンファイバー ギアボックス シャフト ブラケット、その他の軽量部品などの凹凸のある部品を加工できます。
材料の適応性: アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、高張力鋼、複合材料など、幅広い軽量材料に対応できます。-これにより、車両の軽量化における材料品質に対するさまざまなニーズに応えます。
柔軟な生産: CNC プログラムを変更することで、製品モデル間の変換が容易になります。これは、新エネルギー車のバッテリー パックを迅速に開発するなど、さまざまな種類の製品を少量ずつ製造する場合に最適です。
しかし、CNC 加工には大きな問題もあります。
材料の無駄：切断する際、原材料の50％～70％しか使用されず、残りはチップとして廃棄されるため、価格が高くなります。
制作の順調さ: 1 つの作品を処理するのに長い時間がかかります。たとえば、アルミニウム合金のエンジン シリンダーの CNC 加工には 4 ～ 8 時間かかり、大規模生産のニーズを満たすのは困難です。-
設備のコスト: 5 軸リンケージ マシニング センターやその他のハイエンド ツールは高価であり、豊富な技術知識を持つオペレータが必要なため、ユニットあたりのコストがさらに上昇します。-
鋳造工程：複雑な構造とコストのバランスを見つける
鋳造とは、溶かした金属を型に流し込む工程です。砂型鋳造、ダイカスト鋳造、低圧鋳造など、さまざまな方法で行うことができます。{{2}その主な値は次のとおりです。
さまざまな形状の部品の製造: CNC 機械加工よりもはるかに高い構造の複雑さのレベルで、自動車のエンジンのシリンダー ブロックやギアボックスのハウジングなど、内部が中空で薄肉で強化された部品を製造できます。{0}
材料利用率：原材料をほぼ全て使用するため、材料価格が大幅に下がります。これは、アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽量材料を大規模に使用する場合に特に適しています。
生産効率:{0}}ダイカスト技術は 1 つのアイテムをわずか 1 ～ 3 分で作成できるため、年間 100,000 個以上の生産量の大量生産に最適です。たとえば、テスラの一体型ダイカスト ボディ底部パネルは 70 個の部品を 1 つに組み合わせており、生産効率が 300% 向上しています。{6}}
しかし、鋳造プロセスにはいくつかの問題があります。
精度の制限: 公差は通常 ± 0.1 mm を超え、表面粗さ Ra は 3.2 μ m 以上であるため、部品を再度機械加工または研磨する必要があります。
金型のコスト: 法外な圧力鋳造金型には数十万元から数百万元の費用がかかる場合があり、設計変更に法外な費用がかかるため、少量のバッチを製造することが困難になります。
材料の特性: 鋳物には収縮や気孔などの問題がある可能性があり、熱処理または T6 強化プロセスによって機械的品質を修正する必要があります。
スタンピングプロセス: 薄い板金部品を作成するための優れた方法
スタンピングでは、金型を使用して金属シートに圧力を加え、金属シートを正しい形状に曲げます。自動車の板金部品を製造する一般的な方法です。
高速生産: 1 分間に数十回のスタンプが可能なため、自動車のドア、エンジン カバー、ホイール アーチ、その他の大型部品の製造に適しています。
コストの利点: 金型のコストは誰にとっても低く、生産が増加するにつれて 1 個あたりのコストは急速に下がります。たとえば、自動車のドアインナーパネルのプレス部品のコストは、1 個あたり数元程度である可能性があります。
表面の品質: プレスされた部品の表面は滑らかで、余分な研磨は必要ありません。これはまさにコーティングプロセスに必要なものです。
しかし、スタンピング技術には次のようないくつかの問題があります。
材料の厚さの制限: 厚さ 0.1 ～ 6 mm の薄いシート部品にのみ機能します。厚い壁を持つ構造部分を処理することはできません。
設計の複雑さ: 複雑な表面を処理するには複数の手順が必要であり、材料の延性により、引っ張りの深さが制限されます。
金型の交換コスト: 新しい製品のために金型を再設計するには、長い時間と多額の費用がかかるため、早急に変更する必要がある状況には適していません。
2. 業界で行われていること: 共同作業の一般的な例
ケース 1: Tesla 統合ダイカストと CNC の連携
Tesla Model Y は、6000{{1}トンのダイカストマシン-を使用して、70 個の要素を 1 つに組み合わせた一体型リア ボトム プレートを製造しています。これにより、生産効率が 300% 向上し、コストが 40% 削減されます。それでもなお、ダイカスト部品の重要なアセンブリ表面には CNC 加工が必要です。
精密補正: ダイカスト部品の精密加工には 5 軸マシニング センターが使用されます。-これにより、バッテリーパックとサスペンションシステムが±0.05mmの精度で確実に適合します。
欠陥の修復: ダイカストのプロセス中に発生する可能性のある気孔や収縮などの問題を修正し、製品の信頼性を高めます。{0}}
機能拡張: ダイカスト部品にネジ穴、位置決めピン、その他の機能を追加して、他の部品に素早く接続できるようにします。{0}}
事例 2: CNC 技術で BMW i- シリーズのカーボンファイバーボディを製作
BMW i3 のボディは炭素繊維強化プラスチック (CFRP) で作られており、主な製造方法は CNC 機械加工によって作られています。
事前含浸材料の切断: CNC レーザー切断機は、炭素繊維事前含浸材料を 0.1 mm 未満の精度でデザインの形状に切断します。-
位置決め: CNC ロボット アームが、繊維の方向を力の方向と一致させるように自動的にカーボン ファイバー クロスを配置し、構造を強化します。
圧縮成形後、CNC フライス加工を使用して、カーボンファイバー部品に取り付け穴、ガイド レール、その他の構造を作成します。公差は±0.02mm以内に抑えられています。
事例3：トヨタ水素燃料電池車用水素貯蔵タンクをチタン合金で製作
トヨタ ミライの水素貯蔵タンクのエンドキャップはチタン合金製で、CNC 加工されています。
材料特性の適合: チタン合金は非常に硬く、熱の伝導性が低いため、一般的な鋳造品は割れやすいです。低温切削技術により安定した CNC 加工が可能になります。-
シール面の精密加工: 5-軸リンケージマシニングセンターにより、エンドカバーのシール面に超精密加工を施します。-平面度誤差は0.002mm以下で、水素漏れ率は0.1ppm以下に抑えられます。
軽量設計の検証: CNC クイック プロトタイピングは、水素貯蔵タンクのトポロジー最適化設計に役立ち、強度を維持しながら重量を 25% 削減します。