Неустанное стремление к созданию более лёгких, прочных и эффективных транспортных средств, особенно в условиях бурного роста популярности электромобилей (ЭМ), оказывает огромное давление на автомобильную промышленность. Традиционные методы создания прочных резьбовых соединений в тонколистовом металле – основной элемент современных кузовов, рам и кожухов автомобилей – часто предполагают использование дополнительных крепёжных элементов, таких как приварные или заклёпочные гайки. Это приводит к усложнению конструкции, увеличению веса, появлению потенциальных точек отказа и увеличению продолжительности цикла. Встречайте термофрикционное сверление (TFD) и его специализированные инструменты –Твердосплавное сверлои наборы сверл с термофрикционным эффектом — технология, которая быстро преобразует линии по производству автомобилей за счет автоматизации создания цельной высокопрочной резьбы непосредственно в тонких материалах.
Проблема автомобильного крепежа: вес, прочность, скорость
Инженеры-автомобилестроители постоянно сталкиваются с парадоксом соотношения веса и прочности. Тонкие высокопрочные стали и алюминиевые сплавы необходимы для снижения массы автомобиля, повышения топливной экономичности и увеличения запаса хода электромобиля. Однако создание надёжных несущих нитей в этих тонких секциях проблематично:
Ограниченное зацепление: традиционная нарезка резьбы на тонком листе обеспечивает минимальное зацепление резьбы, что приводит к низкой прочности на вырыв и подверженности сдиранию.
Дополнительная сложность и вес: приварные гайки, зажимные гайки или заклепочные гайки добавляют детали, требуют дополнительных операций (сварки, прессования), увеличивают вес и приводят к появлению потенциальных очагов коррозии или проблем с контролем качества.
Узкие места процесса: отдельные этапы сверления, установки/крепления крепежа и нарезания резьбы замедляют работу линий крупносерийного производства.
Нагрев и деформация: Приварка гаек приводит к выделению значительного количества тепла, что может привести к деформации тонких панелей или повлиять на свойства материала в зоне термического влияния (ЗТВ).
Поточная дрельs: Автоматизированное решение на линии
Технология термического трения, интегрированная в обрабатывающие центры с ЧПУ, роботизированные модули или специализированные многошпиндельные станки, дает убедительное решение:
Мощная однооперационная система: Суть технологии TFD заключается в объединении сверления, формирования кондукторной втулки и нарезания резьбы в одну непрерывную автоматизированную операцию. Одно сверло из твердосплавного сплава, вращающееся с высокой скоростью (обычно 3000–6000 об/мин для стали, выше для алюминия) под действием значительного осевого усилия, генерирует интенсивное тепло трения. Это приводит к пластификации металла, позволяя уникальной геометрии сверла течь и вытеснять материал, образуя бесшовную цельную кондукторную втулку толщиной примерно в три раза больше исходного листа.
Немедленное нарезание резьбы: после отвода сверла Flow Drill стандартный метчик (часто установленный в том же держателе инструмента в системе автоматической смены инструмента или на синхронизированном втором шпинделе) немедленно нарезает высокоточную резьбу в этой новой толстостенной втулке. Это исключает необходимость в промежуточных операциях и значительно сокращает время цикла.
Интеграция с робототехникой: наборы термофрикционных сверл идеально подходят для роботизированных манипуляторов. Возможность выполнения всего процесса нарезания резьбы по единой траектории инструмента (сверление, формовка втулки, отвод, нарезание резьбы, отвод) упрощает программирование и выполнение робота. Роботы могут точно позиционировать инструмент по сложным контурам на необработанных деталях (BIW) или сборочных узлах.
Почему автопроизводители используют дрели Flow Drill:
Значительно повышенная прочность резьбы: это важнейшее преимущество. Резьба зацепляется с толстой втулкой (например, образуя втулку высотой 9 мм из листа толщиной 3 мм), что обеспечивает прочность на вырыв и срыв, часто превышающую прочность приварных гаек или заклёпочных гаек. Это критически важно для компонентов, критически важных для безопасности (крепления ремней безопасности, подвески) и зон с повышенной вибрацией.
Значительное снижение веса: отказ от приварной гайки, заклёпочной гайки или зажимной гайки снижает вес. Что ещё важнее, это часто позволяет конструкторам использовать более тонкий материал в целом, поскольку формованная втулка обеспечивает локальное усиление там, где требуется прочность, без увеличения веса в других местах. Экономия граммов на каждом соединении быстро множится в масштабах всего транспортного средства.
Непревзойденная эффективность и скорость процесса: объединение трёх операций в одну сокращает время цикла. Типичный цикл термофрикционного сверления и нарезания резьбы занимает 2–6 секунд, что значительно быстрее последовательного сверления, установки/приварки гаек и нарезания резьбы. Это повышает производительность на высокопроизводительных линиях.
Повышенное качество и стабильность: автоматизированная технология TFD обеспечивает исключительную стабильность от отверстия к отверстию. Процесс отличается высокой повторяемостью благодаря контролируемым параметрам ЧПУ или робота, что сводит к минимуму человеческие ошибки, характерные для ручной установки гаек или сварки. Формованная втулка образует гладкую, часто герметичную поверхность отверстия, что повышает коррозионную стойкость и адгезию краски.
Снижение сложности и стоимости системы: исключение отдельных устройств подачи гаек, сварочных станций, контроллеров сварки и связанных с ними проверок качества снижает капитальные затраты на оборудование, требования к площади пола, сложность обслуживания и расходные материалы (нет сварочной проволоки/газа, нет гаек).
Повышенная целостность соединения: встроенная втулка образует металлургически непрерывную часть основного материала. Отсутствует риск ослабления, проворачивания или выпадения гайки, как в случае с механическими крепежами, а также отсутствуют проблемы с зоной термического влияния, сравнимые со сваркой.
Универсальность материалов: твердосплавные сверла Flow эффективно справляются с различными материалами, используемыми в современных автомобилях: мягкой сталью, высокопрочной низколегированной сталью (HSLA), усовершенствованной высокопрочной сталью (AHSS), алюминиевыми сплавами (5xxx, 6xxx) и даже некоторыми нержавеющими деталями. Покрытия инструментов (например, AlCrN для алюминия, TiAlN для стали) оптимизируют производительность и срок службы.
Ключевые автомобильные приложения, способствующие внедрению:
Корпуса и поддоны для аккумуляторных батарей электромобилей: пожалуй, самый важный фактор. Эти крупные тонкостенные конструкции (часто алюминиевые) требуют множества высокопрочных, герметичных резьбовых соединений для крепления, крышек, охлаждающих пластин и электрических компонентов. TFD обеспечивает необходимую прочность без увеличения веса и сложности конструкции. Герметичная втулка предотвращает попадание охлаждающей жидкости.
Шасси и подрамники: кронштейны, поперечины и точки крепления подвески выигрывают за счет прочности и вибростойкости TFD, изготовленных из тонкой высокопрочной стали.
Каркасы сидений и механизмы: критически важные компоненты безопасности, требующие исключительно высокой прочности на вырыв для креплений ремней и прочных точек крепления. TFD устраняет необходимость в громоздких крепежных элементах и предотвращает сварочные деформации.
Кузов-небелая сборка (BIW): различные кронштейны, усиления и внутренние точки крепления в конструкции транспортного средства, где добавление гаек неудобно, а сварка нежелательна.
Выхлопные системы: Монтажные кронштейны и теплозащитные экраны на тонкой нержавеющей стали или алюминированной стали выигрывают за счет герметичного отверстия, устойчивого к коррозии, и виброустойчивости.
Установки и воздуховоды систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: точки крепления и панели доступа для обслуживания, требующие прочной резьбы в корпусах из тонкого листового металла.
Необходимость использования карбида в автомобильной промышленности TFD:
Автомобильное производство отличается длительными циклами, требующими абсолютной надежности и долговечности инструмента. Твердосплавные сверла Flow — это бесспорный выбор. Они выдерживают экстремальные температуры трения (часто превышающие 800°C/1472°F на кончике), высокие скорости вращения и значительные осевые нагрузки, возникающие тысячи раз за смену. Современные микрозернистые твердосплавные основы и специальные покрытия (TiAlN, AlTiN, AlCrN) разработаны специально для конкретных автомобильных материалов, что обеспечивает максимальный срок службы инструмента и обеспечивает стабильное формирование втулок и качество отверстий, критически важные для автоматизированных процессов. Хорошо обслуживаемыйНабор сверл с термофрикционным эффектомможет обработать тысячи отверстий, прежде чем потребуется их замена, обеспечивая отличную экономичность затрат на одно отверстие.
Интеграция и будущее:
Успешная интеграция предполагает точный контроль частоты вращения, подачи, осевого усилия и охлаждения (часто минимального воздушного потока вместо подачи охлаждающей жидкости, чтобы избежать закалки формообразующей втулки). Системы мониторинга отслеживают износ инструмента и параметры процесса для предиктивного обслуживания. По мере того, как автомобильная промышленность всё больше ориентируется на многокомпонентные конструкции (например, алюминиевые кузова на стальных рамах) и ещё большее снижение веса, спрос на технологию Flow Drill будет только расти. Её способность создавать локализованные сверхпрочные резьбы в тонких различных материалах непосредственно в автоматизированных производственных потоках позиционирует термофрикционное сверление не просто как альтернативу, а как будущий стандарт эффективного и высокопрочного автомобильного крепежа. Это революция, позволяющая постепенно создавать более прочные и лёгкие автомобили, по одной цельной втулке за раз.
Время публикации: 21 августа 2025 г.
