Όταν η ARISTURTLE, η ομάδα Formula Student του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, μας ανέθεσε την κατεργασία του wheel hub και του planet carrier για το νέο της ηλεκτρικό μονοθέσιο «Ρέα», το ζητούμενο ήταν ξεκάθαρο: πολύπλοκη γεωμετρία αλουμινίου, στενές ανοχές, συγκεντρικότητα μεταξύ δύο όψεων κατεργασίας. Σε αυτό το case study περιγράφουμε αναλυτικά την προσέγγισή μας, τι μας ζητήθηκε, πώς το λύσαμε, τι μάθαμε.
Τι μας ζητήθηκε
Η ARISTURTLE μάς έστειλε 3D STEP αρχεία με δύο εξαρτήματα κρίσιμα για το in-wheel σύστημα μετάδοσης του μονοθεσίου «Ρέα»:
- Τον planet carrier (φορέας πλανητικού), στηρίζει τα πλανήτη-γρανάζια της μείωσης
- Το wheel hub (πλήμνη τροχού), συνδέει τον τροχό με τον in-wheel ηλεκτροκινητήρα 35 kW
Και τα δύο σχεδιασμένα από τους μηχανικούς της ARISTURTLE, με εσωτερικές κοιλότητες (pockets), ακριβείς εδράσεις γραναζιών και ρουλεμάν, και απαίτηση να κατεργαστούν από δύο πλευρές, με τη συγκεντρικότητα μεταξύ των features να διατηρείται μετά το re-fixturing.
«Τα κομμάτια που δώσαμε στην AXINAR για κατεργασία ήταν ιδιαίτερα περίπλοκα. Ήταν και λόγω της δύσκολης γεωμετρίας αλλά και των κατεργασιών που απαιτούσαν αλλά και της ακρίβειας.»
Μηχανικός της ARISTURTLE, ΑΠΘ (από το βίντεο της παράδοσης)
Πώς προσεγγίσαμε την κατεργασία
Η πρώτη μας απόφαση μετά την παραλαβή των αρχείων ήταν να χωρίσουμε την κατεργασία σε δύο setups ανά εξάρτημα, με προσεκτικό σχεδιασμό των datum references. Σε εξαρτήματα αλουμινίου με εσωτερική γεωμετρία, όπως ο planet carrier, η διατήρηση συγκεντρικότητας μεταξύ των features των δύο όψεων είναι ο κρίσιμος παράγοντας ποιότητας.
Επιλογή υλικού: Για αγωνιστικά εξαρτήματα τέτοιου τύπου, η ARISTURTLE, όπως οι περισσότερες ομάδες Formula Student, επιλέγει συνήθως αλουμίνιο σειράς 7075-T6 ή 6061-T6. Το 7075-T6 προσφέρει υψηλότερη μηχανική αντοχή (όριο διαρροής ~503 MPa), ιδανικό για εξαρτήματα φόρτισης όπως ο planet carrier. Το 6061-T6 είναι ευκολότερο στη συγκόλληση και πιο οικονομικό, κατάλληλο για εξαρτήματα με μέτρια μηχανική απαίτηση. Και τα δύο alloy κατεργάζονται γρήγορα και καθαρά σε CNC.
Στρατηγική fixturing: Για κάθε εξάρτημα προγραμματίσαμε στο CAM:
- Πρώτο setup, στερέωση σε soft jaws ή ειδική βάση που αναφέρεται στα εξωτερικά surfaces· κατεργασία της μιας όψης (pockets, εδράσεις, εξωτερική γεωμετρία)
- Re-fixturing με αναφορά στα features που μόλις κατεργαστήκαμε, αυτό μας δίνει συγκεντρικότητα ±0,02 mm μεταξύ των δύο όψεων
- Δεύτερο setup, κατεργασία της δεύτερης όψης, σπειρώματα, τελικό φινίρισμα
Ο εξοπλισμός: Haas VF-2 και CAM
Η κατεργασία έγινε στο CNC κατακόρυφο κέντρο κατεργασίας Haas VF-2 των εγκαταστάσεών μας στη ΒΙ.ΠΑ. Ωραιοκάστρου Θεσσαλονίκης:
- 3-αξονικό vertical machining center, 40-taper
- Άτρακτος 22,4 kW (30 HP), 8.100 rpm
- Αυτόματος αλλαγέας 20+1 εργαλείων
- Ακρίβεια θέσης ±0,02 mm
- Διαδρομή 762 × 406 × 508 mm
Για αλουμίνιο 6061/7075 τυπικά χρησιμοποιούμε καρβιδικά end mills 3-flute με υψηλές στροφές (6.000-8.000 rpm) και προώσεις 1.500-2.500 mm/min ανάλογα τη γεωμετρία, παράμετροι που ρυθμίζονται στο CAM ανά εξάρτημα.
Τι είναι ο wheel hub και ο planet carrier;
Δύο όροι μηχανολογίας που συχνά μπερδεύονται. Σύντομα:
- Wheel hub (πλήμνη τροχού): Το μηχανολογικό εξάρτημα που συνδέει τον τροχό με τον άξονα ή τον κινητήρα. Φέρει τα ρουλεμάν τροχού και μεταφέρει την κίνηση στη ζάντα. Σε in-wheel εφαρμογές (όπου ο ηλεκτροκινητήρας βρίσκεται μέσα στον τροχό), ο wheel hub στηρίζει επιπλέον τη στροφορμή του ίδιου του κινητήρα.
- Planet carrier (φορέας πλανητικού): Σε ένα πλανητικό σύστημα γραναζιών, είναι ο φορέας που στηρίζει τα planet gears και τα κρατάει σε σταθερή θέση γύρω από το sun gear. Είναι ένα από τα τρία στοιχεία του πλανητικού (planet carrier, sun gear, ring gear).
Σε ηλεκτρικά αγωνιστικά οχήματα με in-wheel motors, ο planet carrier κατεργάζεται από αλουμίνιο γιατί χρειάζεται να είναι ελαφρύς (κρίσιμο για unsprung mass). Η ακρίβεια στις εδράσεις είναι ζωτική: μια απόκλιση 0,05 mm στη θέση ενός πλανήτη μπορεί να προκαλέσει ανομοιόμορφη φόρτιση και πρόωρη φθορά γραναζιών.
Το αποτέλεσμα: το μονοθέσιο «Ρέα» στην πίστα
Τα εξαρτήματα παραδόθηκαν στην ARISTURTLE και ενσωματώθηκαν στο in-wheel σύστημα μετάδοσης του νέου μονοθεσίου. Πρόκειται για το 8ο μονοθέσιο της ομάδας και το 4ο αυτόνομο της ιστορίας της, με χαρακτηριστικά:
- 4× in-wheel ηλεκτροκινητήρες 35 kW custom σχεδιασμένοι από την ομάδα
- Συνολική ισχύς 190 HP, τετρακίνηση (AWD)
- Τελική ταχύτητα 120 km/h, αυτονομία 25 km για το endurance event
- Αυτόνομη οδήγηση με κάμερες και αισθητήρες (cone detection)
- Carbon fiber εξωτερικά εξαρτήματα από BNT Composites
Η ARISTURTLE είναι η πρώτη ελληνική φοιτητική ομάδα που υλοποιεί τετρακίνηση με πλήρως custom in-wheel motors.
Για την AXINAR
Η AXINAR Α.Ε. είναι βιομηχανία επεξεργασίας μετάλλου με έδρα τη ΒΙ.ΠΑ. Ωραιοκάστρου Θεσσαλονίκης. Ιδρύθηκε το 2010. Διαθέτει 3 fiber laser cutting machines (έως 12 kW), CNC machining center Haas VF-2, CNC τόρνο Haas ST-15Y, πρέσσες CNC, εξοπλισμό συγκόλλησης MIG/TIG/laser και ηλεκτροστατικής βαφής. Είναι επίσημο service center της Delem για την Ελλάδα και μέλος της ELEABIOM (Ελληνική Ένωση Βιομάζας).
ΣΥΧΝΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ
Ερωτήσεις για
CNC κατεργασία αλουμινίου
Τι είναι ο planet carrier και ο wheel hub σε σύστημα μετάδοσης κίνησης;
Ο wheel hub (πλήμνη τροχού) συνδέει τον τροχό με τον άξονα ή τον κινητήρα και φέρει τα ρουλεμάν τροχού. Ο planet carrier (φορέας πλανητικού) στηρίζει τα πλανήτη-γρανάζια ενός πλανητικού συστήματος μείωσης. Σε ηλεκτρικά οχήματα με in-wheel κινητήρες, και τα δύο είναι κομβικά για τη μετάδοση κίνησης από τον κινητήρα στον τροχό.
Από τι υλικό κατασκευάζονται wheel hub και planet carrier για αγωνιστικά εξαρτήματα;
Τυπικά από αλουμίνιο σειράς 7075-T6 (υψηλή μηχανική αντοχή) ή 6061-T6 (καλή κατεργασιμότητα, οικονομικότερο). Ο συνδυασμός χαμηλού βάρους και αντοχής είναι κρίσιμος για unsprung mass σε αγωνιστικό όχημα. Σε εφαρμογές υψηλότερου φορτίου χρησιμοποιείται χάλυβας ή υβριδικές λύσεις. Στην AXINAR κατεργαζόμαστε όλα τα παραπάνω, καθώς και ανοξείδωτο και τεχνικά πολυμερή.
Τι ανοχές πετυχαίνετε σε 2-side CNC machining αλουμινίου;
Η φρέζα Haas VF-2 εξασφαλίζει ακρίβεια θέσης ±0,02 mm. Σε 2-side machining η συγκεντρικότητα μεταξύ των features των δύο όψεων διατηρείται με σωστό fixturing, αναφορά σε καθαρά datum surfaces και έλεγχο διαστάσεων μεταξύ setups. Για αυστηρότερες ανοχές επικοινωνήστε μαζί μας να αξιολογήσουμε τη γεωμετρία πριν την προσφορά.
Σε ποιο format σχεδίου χρειάζεστε το CAD;
Δεχόμαστε STEP, IGES, DXF, DWG, SolidWorks και PDF με πλήρεις διαστάσεις και ανοχές. Προτιμάμε 3D STEP αρχεία για ταχύτερη προετοιμασία CAM. Αν δεν έχετε ολοκληρωμένο σχέδιο, μπορούμε να συμμετάσχουμε στη φάση σχεδιασμού μέσω της υπηρεσίας σχεδιασμού & R&D.
Αναλαμβάνετε OEM κατεργασίες για φοιτητικές ομάδες και start-ups;
Ναι, και ενεργά. Έχουμε συνεργαστεί με την ARISTURTLE (Formula Student, ΑΠΘ) και άλλες ερευνητικές / αγωνιστικές ομάδες. Δουλεύουμε από μεμονωμένο πρωτότυπο έως σειρές παραγωγής, με ίδια ακρίβεια σε κάθε περίπτωση. Επικοινωνήστε στο +30 2310 808 159 για να συζητήσουμε το project σας.
Ποιος είναι ο χρόνος παράδοσης για αγωνιστικά εξαρτήματα αλουμινίου;
Εξαρτάται από την πολυπλοκότητα και την ποσότητα. Τυπικά, πρωτότυπα σε 3-5 εργάσιμες ημέρες, σειρές ανάλογα τον όγκο. Για αυστηρά deadlines (πχ. πριν από Formula Student event) επικοινωνήστε νωρίς ώστε να δοθεί προτεραιότητα στη γραμμή παραγωγής.
ΖΗΤΗΣΤΕ ΠΡΟΣΦΟΡΑ
Έτοιμοι να φτιάξουμε τα δικά σας εξαρτήματα;
Από μεμονωμένο πρωτότυπο μέχρι σειρά παραγωγής, με την ίδια ακρίβεια ±0,02 mm. Έχουμε φτιάξει εξαρτήματα για την ARISTURTLE και άλλες ερευνητικές και αγωνιστικές ομάδες.
ή στείλτε email στο sales@axinar.com
