Komplex maskinbearbetning ersätter gjutning för tvådelade komponenter i kolvprototyper
Achates Power i San Diego, Kalifornien, använder Mastercam för att skapa prototypdelar till en miljövänlig, bensindriven motor med kompressionständning och motsatta kolvar. Forskningssamarbetet har genomförts av Achates, Argonne National Laboratory och Delphi Technologies. Den producerades med hjälp av finansiering från det amerikanska energidepartementets ARPA-E-program.
Snabba fakta
- Använd produkt: Kvarn, Port Expert, dynamisk fräsning
- Industriell verksamhet: Transport
Projektdetaljer
- Utmaningen: Maskinbearbeta prototypdelar som efterliknar prestandan hos produktionsklart stål med hjälp av billets i stället för att gjuta dem. Underskärningar och hålrum är svåra att skära på tvådelade kolvenheter.
- Lösningen: Kvarn, hamnexpert, dynamisk fräsning
- Fördelar:
- Port Expert Add-On för verktygsbanor för portning av motorcylinderhuvud på portytor eller solid data. Använder lollipops och utför kollisionskontroller under programmeringen.
- 5-axliga verktygsbanor för dynamisk fräsning för komplexa geometrier och grovbearbetning: Multiaxliga flödeslinjer, spånfräsning och roterande verktygsbanor.
- Verifieringsfunktionen gör det möjligt för programmerare att bekräfta verktygsbanor före bearbetning så att de kan programmera verktygsbanor och ha dem klara när det föregående jobbet är klart.
En motor stack ut på 2018 års North American International Auto Show i Detroit, Michigan: den nya miljövänliga, bensinmotorn med kompressionständning och motsatt kolv från Achates Power i San Diego, Kalifornien. Forskningssamarbetet har genomförts av Achates, Argonne National Laboratory och Delphi Technologies. Den producerades med hjälp av finansiering från det amerikanska energidepartementets ARPA-E-program. Den revolutionerande designen resulterar i en motor som inte kräver några topplock, vilket minskar värmeförlusterna och ökar effektiviteten. Achates, ett designföretag som licensierar tekniken, håller för närvarande på att ta fram prototyper av den gröna motorns delar.
Produktionskolvarna kommer att vara tvådelade komponenter som gjuts och sedan svetsas samman. Prototyperna bearbetas med hjälp av Mastercam. Sergio Ramirez, verkstadschef på Achates, förklarar att gjutning av prototyper är ineffektivt; varje prototypkolv testas noggrant och sedan ändras designen något. Med så många små designändringar blir det helt enkelt för dyrt att gjuta prototyper. Tyvärr klarar inte material för snabb prototypframtagning de värme- och kylcykler som är förknippade med denna process, så Ramirez använder stålämnen av 4140 och 4340.
“Den största utmaningen har varit att maskinbearbeta den här enheten på grund av de djupa hålrummen och radierna i hörnen; små skärverktyg gillar det helt enkelt inte. Och när man svetsar ihop två delar finns det alltid en risk för fel. Du vill inte att kolven ska gå sönder under bearbetningen, än mindre i en motor. Men vi har överträffat det, och vi har inte haft några misslyckanden. Det var förmodligen den största utmaningen vi hade att ta oss an – att försöka efterlikna prestandan hos en produktionsklar stålkolv med hjälp av billets”, säger Ramirez.
Det är svårare att bearbeta underskärningar och hålrum i de tvådelade kolvarna än att gjuta dem. När svetsningen är klar är det svårt att komma åt undersidan av kronan. Trevor Bailey, teknisk supportspecialist på San Diego CAD/CAM, satte sig ner med Ramirez för att hitta en lösning. Tillsammans omarbetade de processen så att de två delarna inte svetsades ihop förrän kronans underskärningar var gjorda. Sedan kom den känsliga bearbetningen.
När kolvkronan har svetsats fast i bottenstycket är bearbetningen av de inre hålrummen en fråga om precision. På Baileys förslag bestämde sig Ramirez för att använda Port Expert, ett Mastercam-tillägg som använder kollisionskontroller under bearbetningen för att undvika verktygs- och materialskador.
“Port Expert gör det möjligt för oss att luta verktyget mer i en tangent längs ytan. Vi har helt enkelt mer vektorstyrning av verktyget och kan utnyttja de optimala skärytorna på lollipop-fräsarna”, säger Ramirez.
Ramirez räknar med att den nya motorn ska börja testas på väg i år. “I slutet av 2019”, säger han, “kommer vi att ha tusentals testtimmar och mil på den motorn.” Tillverkningslicenserna kommer sedan att säljas till tillverkare för produktion.
Achates motor med motsatta kolvar beräknas kosta 1.000 dollar mindre än jämförbara dieselmotorer och kommer att vara chockerande effektiv för att vara en fullstor pickupmotor, med 37 miles per gallon. Konsumenterna kan se fram emot en motor som är både miljö- och plånboksvänlig.
“Jag tycker att Mastercam gör det möjligt att anpassa i stort sett allt, ända ner till posterna och de personliga preferenserna. Vi köpte en maskin förra året som var konfigurerad på ett helt annat sätt än alla andra maskiner på marknaden. Med en kombination av fem olika axlar som ligger i olika plan jämfört med alla andra maskiner på marknaden behöver man en post för att kunna posta G-kod. Det fanns ingen post för den maskinen. Att kunna anpassa postningar och parametrar med hjälp av alla olika inställningar i Mastercam har varit enkelt för mig och mycket användbart.”
Sergio Ramirez, butikschef på Achates Power, San Diego, Kalifornien
Related Articles
Medicinsk formtillverkning med hög precision
Översikt...
Tillverkning med människan i fokus: Hur The Gund Company bygger upp kompetens i hela Nordamerika
Översikt...
Gotisk arkitektur Powered by Mastercam
Översikt...