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Sviluppo congiunto di brocce elicoidali innovative 

Aisin AW Co., Ltd. detiene la più grande quota di mercato per le trasmissioni automatiche (AT - automatic transmission) a livello globale. L'impegno dell'azienda nella promozione delle tecnologie di lavorazione con brocce elicoidali di grande diametro ha incrementato nettamente l'efficienza nella produzione di AT. In questo numero presentiamo un nuovo progetto che vede coinvolte Aisin AW e Mitsubishi Materials. 

Primo produttore di trasmissioni automatiche al mondo, guida gli sviluppi futuri del settore automobilistico

Fondata nel 1969 come azienda produttrice di trasmissioni automatiche, Aisin AW Co., Ltd. è una società controllata da Aisin Seiki Co., Ltd., ed è una delle sei principali aziende del gruppo Aisin. Fin dallo sviluppo delle trasmissioni automatiche a tre velocità, strutturate con motore anteriore e trazione posteriore (FR), nel 1972, Aisin AW ha continuato a proporre prodotti capaci di anticipare le tendenze di mercato. L'azienda ha proseguito con la commercializzazione della prima trasmissione automatica tipo FR a otto velocità al mondo nel 2006, e con la prima AT a motore anteriore e trazione anteriore (FF) a otto velocità al mondo nel 2012, che hanno contribuito a garantirne la leadership globale nel settore delle AT.

Le vendite dell'anno fiscale 2016 hanno raggiunto gli 1,2 trilioni di yen, il 90% dei quali riconducibili alle trasmissioni automatiche. Circa il 38% delle unità AT prodotte da Aisin AW sono destinate al gruppo Toyota, e le restanti sono distribuite a oltre 50 case automobilistiche in 15 differenti paesi. Nel 2012 la produzione totale di AT si è attestata oltre i 100 milioni di unità. Essendo il principale fornitore globale di AT, Aisin AW segue con attenzione l'evoluzione della mobilità di prossima generazione, e promuove lo sviluppo elettronico. Questo impegno ha dato luogo alla produzione di massa di un sistema ibrido ben riuscito nel 2004, in anticipo rispetto agli altri produttori. "Desideriamo creare un veicolo che si possa adoperare in maniera assolutamente intuitiva e che sia di ispirazione per gli automobilisti". Con questo obiettivo, Aisin AW continua a guidare lo sviluppo di AT per rispondere alle aspettative del mercato e superarle. 

Il Technical Centre di Aisin AW sviluppa senza tregua tecnologie di prossima generazione

Il Technical Centre di Aisin AW possiede un innovativo sistema di produzione, che consente la snella condivisione di informazioni e la collaborazione tra i reparti delle divisioni Engineering e Manufacturing Engineering. Questo nuovo centro tecnologico è stato fondato nel 2011 per integrare tutti i reparti impegnati nello sviluppo tecnico per la commercializzazione di trasmissioni automatiche, trasmissioni a variazione continua (CVT) e unità di trasmissione ibrida realizzate in diverse sedi. Il centro conta circa 3.000 dipendenti, che si occupano di perseguire lo sviluppo tecnologico tramite l'applicazione di un innovativo sistema che integra in maniera globale tutte le fasi dello sviluppo di un nuovo prodotto, dalla pianificazione alla produzione. Fungendo da struttura per la trasmissione del DNA di Aisin AW alla prossima generazione di innovatori, questo luogo ha lo scopo di mantenere una vivace rete di contatti per lo sviluppo continuo di nuovi prodotti, ed è ben preparato per lo sviluppo di veicoli elettrici (EV). Secondo Shinya Sugiura, General Manager nel reparto Tool Engineering della divisione Manufacturing Engineering, "si prevede una crescita nell'uso dei veicoli elettrici; di conseguenza, i paesi si preparano all'implementazione di normative stringenti all'incirca per il 2020. In quanto produttore leader di componenti automobilistici, anche noi ci stiamo preparando". Aisin AW ha avviato lo sviluppo di nuovi sistemi in modo da essere pronta per l'incipiente era dei veicoli elettrici. 

Gli stabilimenti di produzione dei componenti affrontano un'ampia varietà di problemi

Sebbene Aisin AW fornisca componenti a produttori in tutto il mondo, il principale cliente dell'azienda è il gruppo Toyota, che rappresenta circa il 40% delle vendite totali. Aisin AW è stata costituita sotto forma di joint-venture tra Aisin Seiki e il produttore americano di componenti automobilistici Borg Warner, da cui deriva la W presente nel nome; la cultura americana è quindi profondamente radicata nell'azienda. Harumichi Nakagawa, Group Manager del Tool Engineering Group 1 dell'omonimo reparto nella divisione Manufacturing Engineering, afferma: 
"Nei vecchi disegni si trovano ancora misure espresse in pollici".

Sebbene passino solitamente inosservate agli automobilisti, le AT sono importanti tanto quanto il motore, e altrettanto complesse, vista la presenza degli ingranaggi epicicloidali che ne rendono possibile il funzionamento ininterrotto. I tre materiali prevalentemente utilizzati per la realizzazione delle trasmissioni sono l'alluminio per l'alloggiamento, l'acciaio per gli ingranaggi e l'albero, e la ghisa per la pompa dell'olio e le scatole dei differenziali. Ciascuno di essi presenta caratteristiche uniche e comporta complessità diverse in fase produttiva. Ogni unità AT conta migliaia di componenti, ognuno essenziale per consentire al veicolo di funzionare correttamente e silenziosamente. Nel processo produttivo di unità AT caratterizzate da un tale numero di componenti è difficile per i tecnici altamente specializzati che si occupano della progettazione e dello sviluppo di ogni componente non creare problematiche per i propri colleghi; tuttavia, grazie alla loro energia creativa riescono a realizzare il prodotto migliore possibile. Passaggio dopo passaggio, ogni unità AT prende forma attraverso un minuzioso processo produttivo, dando vita a tante vicende quanti sono i componenti sviluppati. 

Secondo Shogo Itoh, del Subsidiary Material Purchasing Group del reparto Material and Equipment Purchasing afferente alla divisione Purchasing "Dopo il motore, l'elemento più costoso in qualsiasi automobile è la trasmissione, la cui funzione è congiungere il motore e il conducente; più lussuosa è l'automobile, più diventa importante garantire una guida silenziosa. Le AT di 20 anni fa erano semplici unità a tre velocità. Oggi, invece, possono prevedere fino a otto o persino dieci velocità. Per alloggiare il numero di ingranaggi necessari ad ottenere tali prestazioni in uno spazio limitato, è necessario un livello molto più alto di accuratezza nella lavorazione di ogni componente rispetto al passato; di conseguenza, occorrono utensili da taglio capaci di offrire prestazioni e qualità massime". 

L'aspetto più difficile nella produzione di AT è fare in modo che tutti i denti degli ingranaggi rispettino le rigide tolleranze previste dal progetto. Per garantire un prodotto impeccabile, i produttori di AT e i fornitori di utensili come Mitsubishi Materials lavorano fianco a fianco all'ideazione di nuovi metodi di lavorazione e allo sviluppo di nuovi utensili da taglio.

La lavorazione è il processo finale che influisce significativamente su efficienza nei consumi e silenziosità

La produzione delle unità AT prevede innumerevoli processi. Shinya Sugiura afferma: "Il processo di lavorazione è essenziale perché la precisione degli ingranaggi, che sono il cuore dei sistemi AT, è legata al processo di taglio". Se i componenti non sono lavorati correttamente, la trasmissione automatica non può esprimere il proprio potenziale. Non è eccessivo affermare che la tecnologia del processo di taglio è ciò che conferisce alla produzione delle unità AT il più alto valore aggiunto possibile. "Le prestazioni delle trasmissioni automatiche dipendono dalla precisione globale della lavorazione; l'esito di tale processo influisce significativamente su consumi e silenziosità", ha dichiarato Noto Hattori, Team Leader del Tool Engineering Group 1. 

A seconda della qualità dei materiali da lavorare e della lavorazione richiesta si stabiliscono il tipo di utensile, il metodo di trattamento termico e il rivestimento da utilizzare. Le combinazioni sono infinite. "Provo un grande piacere nel trovare la combinazione perfetta, anche per dettagli quali l'individuazione dell'olio da taglio ottimale. Spesso accade che risolvendo un singolo problema nel processo di lavorazione si ottenga una migliore efficienza complessiva della produzione. Non vi è dubbio che l'avanzata tecnologia di lavorazione abbia sostenuto lo sviluppo tecnico di Aisin e abbia mantenuto alta la qualità dei nostri prodotti. Di fatto, l'avanzata tecnologia di lavorazione è uno dei nostri principali vantaggi", ha affermato Shogo Ito. 

Le brocce elicoidali di grande diametro sono utensili di precisione spesso impiegati nella lavorazione degli ingranaggi per le AT. In una sola broccia possono essere presenti alcune migliaia di denti; tuttavia, se viene riscontrato un difetto in un unico dente l'intero prodotto viene considerato da scartare. Hattori spiega: "Quando ci accorgiamo di un problema, è assolutamente essenziale risalire alla causa del difetto". Nakagawa aggiunge: "Da quando mi occupo  degli utensili da taglio ho assunto un punto di vista completamente nuovo. Ho infatti imparato a tenere in considerazione i meccanismi dietro ai fenomeni a cui assisto quotidianamente; di conseguenza, vivo la mia vita in modo diverso. Uno dei miei collaboratori amava collezionare automobiline. Ha osservato attentamente la dimensione e il posizionamento dei motori e delle trasmissioni, e ha riflettuto su come potesse applicare tali osservazioni alla tecnologia automobilistica, al bilanciamento dei pesi e alle prestazioni in curva. Il suo interesse per i giocattoli mi ha sorpreso, ma mi ha fatto capire l'importanza di valutare le cause di ogni fenomeno, perfino di quelli più infinitesimali".

Sviluppo di una nuova broccia elicoidale di grande diametro con Mitsubishi Materials

Il trend della lavorazione dell'anello epicicloidale è recentemente passato dal metodo con broccia elicoidale alla dentatura. Aisin AW non intendeva restare inerte a guardare gli avanzati metodi di lavorazione da lei stessa sviluppati diventare obsoleti; ha quindi avviato un progetto congiunto con Mitsubishi Materials per creare un nuovo tipo di broccia elicoidale. Il progetto mirava a migliorare drasticamente la produttività e ridurre i costi con sistemi che non possono essere ottenuti tramite la dentatura. 
Sugiura spiega perché la scelta del partner è ricaduta su Mitsubishi Materials: "Il loro approccio nei confronti dello sviluppo produttivo era davvero lungimirante, e l'azienda mostrava una forte motivazione nel partecipare allo sviluppo di un nuovo utensile. Siamo stati molto fieri di avere introdotto per primi l'utilizzo della broccia americana in Giappone. Sentivamo che lo sviluppo di un nuovo futuro nel taglio con l'applicazione di brocce fosse la nostra missione, e che lo spirito e la reattività di Mitsubishi Materials lo avrebbero reso il partner migliore per collaborare al conseguimento di questo obiettivo".

Il progetto congiunto per lo sviluppo della "Broccia elicoidale innovativa" di grande diametro ha avuto inizio nel 2013. "Mitsubishi Materials ci ha permesso di osservare alcuni dettagli nella produzione della broccia che in genere non vengono mostrati al di fuori dell'azienda. Per portare avanti il lavoro congiunto abbiamo condiviso informazioni sul progetto e su aspetti fondamentali della produzione. Abbiamo lavorato gomito a gomito con lo staff dello stabilimento Mitsubishi Materials di Akashi, per raggiungere il nostro obiettivo e trovare modi innovativi per ridurre il costo di produzione delle trasmissioni automatiche. Ho apprezzato enormemente la collaborazione e l'ospitalità che ci hanno riservato. "I tecnici di entrambe le aziende hanno discusso a lungo presso l'impianto di Akashi sui disegni in scala reale che misuravano fino a due metri, e non sono mancati momenti in cui il dibattito ha assunto toni molto accesi. Di fatto, vi era disaccordo sul modo migliore di procedere fin dall'inizio del progetto. 

"Per questo progetto abbiamo adottato il metodo della progettazione simultanea utilizzato in Aisin AW. Abbiamo coinvolto subito lo staff che solitamente entra in gioco soltanto una volta ultimata la fase progettuale. Tuttavia, impieghiamo tale metodo con un partner esterno solamente in casi eccezionali. Ci auguravamo che Mitsubishi Materials avrebbe lavorato con noi a questo progetto come fanno i compagni d'armi che lottano per la vittoria", ha dichiarato Sugiura. Ha poi aggiunto: "La chiave per raggiungere un'elevata precisione risiedeva nella definizione della tecnologia di misurazione. Dovevamo superare il livello che altri produttori erano in grado di raggiungere; poiché il rapporto tra precisione e costo comporta compromessi, è stato difficile evitare del tutto attriti tra gli attori coinvolti. Tuttavia, sia Mitsubishi Materials sia Aisin AW non hanno desistito fino a quando non sono riusciti a raggiungere alti livelli per entrambi gli aspetti".

Development of the helical broach, an innovation that achieves approximately five-fold greater performance than the existing broach

 

Innovative design, polishing and other concepts were implemented in the development of the new helical broach. The original design concept increases tool life, the polishing concept stabilizes the re-manufacturing process, and the innovative machining technique enhances processing precision. These three concepts resulted in a truly ground-breaking helical broach.

“Although the existing broach only needed to be replaced once a day, this new helical broach lasts for five days. The time and manpower it takes to replace a broach is significant, and meant stopping the production line for around one and a half hours every day. Reducing the frequency of replacement to once every five days improved productivity significantly. It has been said that technical development for skiving has been delayed because of our focus on this innovative helical broach, but I disagree. If the limit of broaching were to remain unchanged, we would not need to set a high goal for skiving. However, because broaching productivity has reached an incredibly high level, we now need to reconsider skiving from the beginning to match the new standard. Helical broach development has had a good influence on in-house operations like this, in fact, it was recognized with the Manufacturing Improvement Award, which is a highly coveted in-house award at Aisin AW,” said Sugiura.

Nakagawa looked back on the process and achievements of helical broach development and said, “Mitsubishi Materials was quick to respond to our requests and questions and welcomed us with open arms at the plant. They were like comrades in our fight to develop leading-edge technology and this gave us a shared a commitment and goal that led to success.”

Both companies learned from each other, reviewed results, supported each other and worked hard together step by step to overcome challenges along the way. Mitsubishi Materials will continue to partner with Aisin AW to support its leading position in the automotive industry and the future of automotive development.