强力刮齿刀具助力电动汽车制造商赢得竞争
【机床商务网栏目 名企在线】美国商人John Mackey认为：“竞争迫使企业跳出沾沾自喜的舒适区。”这也正是全球电动汽车 (EV) 市场目前的境况。制造商们必须从粘软的加工材料 (例如低合金钢) 生产出更轻且更紧凑的EV变速箱 — 而那些依赖传统制造工艺的企业面临着落后的风险。在本文中，金属切削领域专业企业山特维克可乐满的全球汽车变速器业务经理Mats Wennmo阐释了为何说强力刮齿对于实现具有竞争力的生产发挥着至关重要的关键作用。
（来源：山特维克可乐满）
近年来，电动汽车 (EV) 的销售取得了巨大飞跃。根据EV-Volumes，2022年2月，全球有541,780辆新款插电式电动汽车登记在册，是上一年度二月份的两倍之多。同时，Virta报告称2021年前六个月欧洲有106万辆全新电动汽车登记在册，而上一年度的前半年这个数字是413。在中国，电动车登记注册数量已经超过了157%。而在电动汽车销售的其他主要市场和美国，电动汽车的销量分别超过了197%和166%。
从这些数字看，一个明显的事实是，全球EV市场正在快速增长 — 那么这背后的驱动力是什么呢？其中一个因素是由欧盟 (EU)、亚洲和美国指定了宏大的零排放目标。欧盟承诺，到2030年将温室气体排放量分别至少减少到1990年代水平的40%，中国减少到2005年水平的60-65%。同时，美国承诺到2025年将其温室气体排放量减少2005年水平的26-28%。
那么电动汽车能够为这些国家实现目标发挥什么作用呢？事实上，电动汽车和内燃机车辆的环境优势对比并不非常明显。根据碳简报 (Carbon Brief) 的分析，具体的影响因素众多，包括车辆大小、燃料经济性预估的准确性、如何计算电排放、假定什么样的驾驶模式，甚至包括车辆使用地的天气。没有任何一种评估，能够放之四海而皆准。但是，碳简报的报告总结道：整体而言，相比内燃机车辆，电动汽车在其生命周期中，能够为大幅降低排放发挥重大作用。
电动汽车技术，积极推动影响EV销售，还有另外两大驱动因素。首先是全球对于更高效和可再生能源越来越高涨的使用需求，例如欧盟委员会主席Ursula von der Leyen最近也这样总结道。其次是消费者态度的变化：根据普华永道会计师事务所 (PwC) 2021年12月全球消费者洞察调研，一半的被访者表示他们的认知变得更趋向于环保了。
行星齿轮
对于汽车制造商和原始设备制造商 (OEMs)，上述因素全部突显了弃用传统内燃机的必要性；在这方面，中国和欧洲将率先垂范，发挥带头作用。这些EV市场也将构筑一个多元且极具竞争力的竞技场：像保时捷 (Porsche) 这样的老牌大企业与极星 (Polestar) 这样的小型全球化制造商同场竞技，各展绝技。
与此同时，EV的生产还将面临额外挑战 — 我们将对此进行探索 — 存在的一个风险就是：倚赖传统生产工艺的制造商在竞争中将被甩在后面。为了探究这些挑战，让我们聚焦齿轮部件的生产。
控制齿轮每分钟转速 (rpm) 的能力对于所有类型的车辆而言都是必不可少的，包括EV。EV变速箱就是所谓的减速箱，用途是降低车辆速度，以此对其实现经济地控制和驾驶。因为EV没有内燃机的声音，所以从变速箱发出的任何噪音都会被听到。因此，主要的任务是避免噪音。这正是制造规划的质量发挥决定性作用之处，以此最大程度使变速箱小巧、轻盈、无噪音。
EV变速箱主要采用行星式设计，行星齿轮和太阳齿轮组装于外围环形齿轮内，形成一个紧凑而轻盈的组装体。环形齿轮是最难生产的部件，薄壁件，以及高的圆度要求。而遗憾的是，传统制造工艺因为在时间和成本方面的若干劣势会加剧这些困难。
传统制造
传统制造过程通常依靠单用途机床。每一台机床都仅受限于某一特定加工范围，工件在不同机床间逐一传递。当零件需要设计变更时，生产线就会显得不够柔性而缺乏灵活性。
此外，在不同机床间传递工件还可导致跳动量和中心偏离，从而进一步有损零件质量。之后的热处理工艺更难控制，还有在磨削程序之前进行的传统软加工方法非常昂贵。这些工艺还要求额外的油基加工，以此使加工本身以及排屑过程都受益。
未来，面对备受期待的EV生产大势，上述传统工艺的劣势只会越来越明显。此外我们还能预估到其他趋势：人们希望新款变速箱的研制速度加快，需要更高生产率和更大灵活性，以及希望缩短投资回报 (ROI) 期。随着灵活性、生产率和盈利能力对于EV部件的生产越来越关键，缺乏灵活性的单用途机床将越来越没有优势。
因此，制造商应当升级他们的传统制造工艺。那么，他们应当如何做到这一点呢？一种方法是投资多任务机床。如前所述，广泛用于传统制造过程的磨削设备非常昂贵。一个好的规避方法是将齿轮部件的加工分为两个过程：软加工和硬加工。这些方法通过一次多任务机床的装夹即可执行。
多任务机床可避免加工过程及其相关的时间和成本并提高零件质量。此外该机床也会给客户带来益处。除了产品质量提升，生产周期也缩短了，或者至少与既有的生产方案持平。实际上，山特维克可乐满已经为终端用户降低了至少30%的成本。
最后，制造商们可在未来电动汽车零件的生产方面实现更大灵活性。整个生产过程允许变速箱零件的尺寸缩小、重量减轻等变化。强力刮齿可被应用于内齿轮和外齿轮和花键，尤其在内齿加工时尤其高效。这种方法特别适用于，大批量生产同时要求短交付周期的关键时刻。
一次连续加工
如前所述，环形齿轮是行星齿轮中最难生产的零件，但是已经存在了大约一个世纪之久的强力刮齿概念正在崛起为实现这一点的最高效方式。强力刮齿工艺主要是将插齿和滚齿 (齿轮切削的一种加工工艺) 结合在一起，成为单一的连续切削工艺。
这相较于传统加工方法具有若干重要优势。使用强力刮齿工艺不需要依赖单用途机床，相反，仅通过一台多任务机床就可完成一整枚零件的加工，且生产率和灵活性都更高。此外也不需要专业化机床了，因机床变更而导致的质量限制也被彻底消除了。与拉削、成型和滚削加工方法相比，这大大缩短了总生产时间，更便于执行可管理和可预测的零件加工。
2014年以来，强力刮齿日益盛行，截至目前，已经成功交付700多台强力刮齿机床。这其中的大多数 ― 超过60% ― 都是多任务机床。这意味着主要的加工过程仅通过同一次装夹就可完成。这提升了零件质量，实现了更高效的加工。
山特维克可乐满已经研制出自己的高质量强力刮齿刀具，专门经过优化，旨在支持客户实现EV变速箱的精准加工。其中包括CoroMill® 178，一款整体式强力刮齿刀具，有粉末冶金高温合金高速钢 (PM-HSS) 或整体硬质合金两种刀具材料规格。此外还有CoroMill® 180，一款配备导轨刀片座的可转位刀片刀具，可实现卓越而一致的精度。刀具可在刀具刚度和悬垂、冷却液供应及刀具寿命方面实现优化。这些因素相结合，成就可靠且连续不断的生产。
大大减少加工时间
有一个生产低合金钢主齿轮的制造商想要更换其耗时的成型过程，选择了求助山特维克可乐满。客户以强力刮齿工艺更换其既有的工艺，此外还能够将其之前使用的四台专用机床更换为两台多任务机床即可。
最后，客户的加工用时缩短了90%，刀具寿命也得以大幅提升。另有其他例子，事实表明强力刮齿的速度比传统工艺快两到三倍。
在每一家山特维克可乐满中心，每个EV变速箱生产商或承包商都能够通过现代多任务机床和强力刮齿工艺加工其自己的零件。技艺精湛且经验丰富的员工们做好准备，随时可以支持客户应对未来的投资，以此实现EV齿轮的高生产率、高效率和灵活加工。
这是强力刮齿工艺之所以正在崛起为发展最快之齿轮加工方法的原因之一，且时间缩短、成本降低。小型制造商可以利用该工艺，助力他们以更高水准竞争，而对于帮助他们的大型制造商 — 用John Mackey的话说是“跳出自己的舒适区”。
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