MMC Magazine

Wspólne opracowanie innowacyjnych przeciągaczy śrubowych 

Firma AISIN AW Co., Ltd. ma największy na świecie udział rynkowy w produkcji automatycznych skrzyń biegów (AT). Prace prowadzone w firmie nad rozwojem technologii wykorzystującej przeciągacze śrubowe o dużej średnicy radykalnie zwiększyły wydajność produkcji automatycznych skrzyń biegów. Artykuł ten poświęcony jest nowemu projektowi realizowanemu wspólnie przez firmy Aisin AW i Mitsubishi Materials.

Zdecydowani, aby utrzymać pozycję światowego lidera w produkcji automatycznych skrzyń biegów i rozwoju branży motoryzacyjnej

Firma Aisin AW Co., Ltd., utworzona w 1969 r., będąca producentem automatycznych skrzyń biegów jest spółką córką Aisin Seiki Co., Ltd. i jedną z sześciu największych firm Grupy Aisin. Od czasu opracowania w 1972 roku 3-stopniowej automatycznej skrzyni biegów do układu tylnonapędowego z silnikiem z przodu (FR), firma Aisin AW kontynuowała prace nad produktami wyprzedzającymi trendy rynkowe. Potem, w roku 2006 firma, jako pierwsza na świecie, wprowadziła na rynek 8-stopniowy automat do układu FR, a w 2012 roku 8-biegowy automat do układu FF, co pomogło jej utrzymać pozycję lidera w branży producentów automatycznych skrzyń biegów. 

W 2016 roku obroty firmy osiągnęły 1.2 biliona jenów, z czego 90% stanowiły skrzynie AT. Około 38% automatycznych skrzyń biegów produkowanych przez Aisin AW trafia do firm grupy Toyota, a reszta do ponad 50 producentów samochodów w 15 różnych krajach. W 2012 roku łączna produkcja automatycznych skrzyń biegów przekroczyła 100 mln sztuk. Jako wiodący globalny dostawca skrzyń AT, Aisin AW pilnie śledzi rozwiązania w zakresie mobilności nowej generacji i rozwija systemy elektroniczne. Wysiłki te zaowocowały w 2004 r. udaną masową produkcją systemu hybrydowego, dzięki czemu firma wyprzedziła innych producentów. "Chcemy stworzyć pojazd, który można obsługiwać nieomal intuicyjnie i taki, który inspiruje kierowcę". Dzięki takiemu nastawieniu, firma Aisin AW wciąż przoduje w rozwoju skrzyń AT, aby sprostać i przewyższyć oczekiwania rynku. 

Centrum Techniczne Aisin AW kontynuuje rozwój technologii nowej generacji

Centrum Techniczne Aisin AW posiada innowacyjny system produkcyjny, który umożliwia pełną wymianę informacji i współpracę między poszczególnymi komórkami w Dziale Konstrukcyjnym i Technologii Produkcji. To nowe Centrum Techniczne uruchomione w 2011 roku, skupia wszystkie komórki zajmujące się rozwojem technicznym i komercjalizacją skrzyń AT, bezstopniowych skrzyń biegów (CVT) oraz hybrydowych układów napędowych produkowanych w różnych zakładach. Centrum zatrudnia około 3000 pracowników, którzy pracują nad zwiększeniem możliwości rozwoju technicznego przez zastosowanie innowacyjnego systemu, który kompleksowo integruje wszystkie fazy rozwoju nowych produktów, od planowania, aż po produkcję. Centrum, będące bazą, w której Aisin AW przekazuje swe DNA następnym pokoleniom innowatorów, dysponuje grupą kompetentnych specjalistów, co umożliwia ciągły rozwój produktów. Centrum Techniczne Aisin AW jest dobrze przygotowane do prowadzenia prac nad pojazdami elektrycznymi (EV). Zdaniem Shinya Sugiura, dyrektora generalnego działu konstrukcji narzędzi w dziale technologii produkcji, "Przewiduje się wzrost korzystania z pojazdów elektrycznych (EV), a kraje przygotowują się do wdrożenia zaostrzonych przepisów około 2020 roku. Jako wiodący producent części samochodowych, my także przygotowujemy się na to". Firma Aisin AW rozpoczęła prace nad nowymi systemami, aby przygotować się do nadchodzącej epoki pojazdów elektrycznych. 

Wyzwań stojących przed zakładami produkcji części jest tyle, ile jest części

Chociaż Aisin AW dostarcza części producentom na całym świecie, największym klientem firmy jest Grupa Toyota, z która obroty stanowią około 40% sprzedaży ogółem. Firma Aisin AW powstała jako podmiot "joint venture" utworzony przez Aisin Seiki oraz amerykańskiego producenta części samochodowych, firmę Borg Warner, od której pochodzi litera "W" w nazwie Aisin AW. Kultura amerykańska jest więc mocno zakorzeniona w tej firmie. Harumichi Nakagawa, dyrektor Grupy 1 działu konstrukcji narzędzi w dziale technologii produkcji mówi: "Wciąż na starych rysunkach znajduję wymiary podawane w calach".

Mimo, że właściciel samochodu nie widzi automatycznej skrzyni biegów, jest ona tak samo ważna jak silnik 
i podobnie skomplikowana, ponieważ o płynności jej pracy decydują przekładnie planetarne.Trzy podstawowe materiały wykorzystywane w produkcji skrzyń biegów, to aluminium na korpus, stal na koła zębate i wały oraz żeliwo na korpus pompy oleju i dyferencjału. Każdy z nich ma inne właściwości i stwarza inne wyzwania podczas produkcji. Każda automatyczna skrzynia biegów zawiera tysiące części, a każda z nich odgrywa ważną rolę w zapewnieniu płynnej i cichej pracy pojazdu. W procesie produkcji automatycznych skrzyń biegów z tak dużą ilością części, wysoko wykwalifikowani inżynierowie, biorący udział w projektowaniu i pracach rozwojowych każdej części, nie mogą czasami uniknąć problemów, ale dzięki swej kreatywności, rezultatem jest najlepszy możliwy produkt. Produkcja każdej przekładni to żmudny proces, w którym nabiera ona ostatecznych kształtów, a wiąże się z tym tyle historii, ile części wchodzi w jej skład. 

Zdaniem Shogo Itoh z grupy zakupów materiałowych: "Po silniku, drugą najdroższą częścią każdego samochodu jest skrzynia biegów. Pośredniczy ona między silnikiem i kierowcą, a im bardziej luksusowy pojazd, tym ważniejsza staje się jej cicha praca. Przed dwudziestoma laty automatyczne skrzynie biegów były prostymi 3-stopniowymi jednostkami, a obecnie są to jednostki 8- lub nawet 10-biegowe. Przy tych osiągach, dopasowanie kół zębatych w ograniczonej ilości miejsca wymaga znacznie większej dokładności obróbki każdej części, niż kiedykolwiek przedtem. Z kolei taka dokładność wymaga zastosowania narzędzi skrawających o najwyższej wydajności i jakości". 

Najtrudniejszym aspektem w produkcji automatycznych skrzyń biegów jest zapewnienie, aby całe uzębienie ściśle spełniało tolerancje określone przez projektanta. Sukces wymaga ścisłej współpracy producenta skrzyń biegów i dostawcy narzędzi, takiego jak Mitsubishi Materials, przy tworzeniu nowych technologii obróbki i opracowaniu nowych narzędzi.

Obróbka skrawaniem to końcowy proces, który ma znaczący wpływ na efektywność paliwową i hałaśliwość

Produkcja skrzyń AT obejmuje szereg procesów. Shinya Sugiura mówi: "Proces obróbki skrawaniem odgrywa kluczową rolę, ponieważ dokładność kół zębatych, które są sercem każdej przekładni, uzyskuje się przed obróbkę skrawaniem". Jeśli część nie jest właściwie obrobiona, skrzynia biegów nie osiągnie swych możliwości. Nie jest przesadą stwierdzenie, że technologia obróbki skrawaniem ma decydujące znaczenie dla możliwości produkowania nowoczesnych skrzyń biegów. "O osiągach skrzyni biegów decyduje dokładność całej obróbki, 
a rezultat tego procesu ma znaczny wpływ na zużycie paliwa i hałaśliwość", mówi Noto Hattori, lider zespołu grupy 1 w dziale konstrukcji narzędzi. 

W zależności od jakości obrabianego materiału i wymaganej obróbki określany jest rodzaj narzędzia, metoda obróbki cieplnej i rodzaj powłoki, która ma być zastosowana. Ilość kombinacji jest nieograniczona. "Czuję ogromną przyjemność, gdy znajdę najlepszą kombinację, obejmującą m.in. odpowiednie chłodziwo. Często zdarza się, że rozwiązanie tylko jednego problemu w procesie obróbki zwiększa efektywność całej produkcji. Nie ma wątpliwości, że wysoko zaawansowana technologia obróbki stymuluje postęp techniczny firmy Aisin i utrzymanie wysokiej jakości naszych produktów. Zaawansowana technologia obróbki jest jednym z naszych głównych atutów", powiedział Shogo Ito. 

Przeciągacze śrubowe o dużej średnicy to precyzyjne narzędzia, często stosowane w obróbce elementów automatycznych skrzyń biegów. Pojedynczy przeciągacz może mieć kilka tysięcy zębów, ale wada tylko w jednym z nich powoduje, że produkt nadaje się na złom. Hattori mówi: "Gdy stwierdzimy wadę, jej przyczyna musi być koniecznie ustalona". Nakagawa mówi: "Od kiedy zajmuję się obróbką kół zębatych, moje poglądy uległy zasadniczej zmianie. Zacząłem zastanawiać się nad mechanizmami zjawisk obserwowanych w życiu codziennym i to zmieniło sposób mojego podejścia do życia. Jeden z moich współpracowników zbierał modele samochodów. Dokładnie obserwował wielkość i lokalizację silników i skrzyń biegów i zastanawiał się, w jaki sposób mógłby zastosować swoje spostrzeżenia w technologii motoryzacyjnej, zrównoważenia mas i oporów toczenia. Jego zainteresowanie zabawkami zaskoczyło mnie, ale uświadomiłem sobie, jak ważne jest ustalenie przyczyn nawet bardzo drobnego zjawiska".

Prace nad nowym przeciągaczem o dużej średnicy z uzębieniem śrubowym wspólnie z Mitsubishi Materials

Ostatnio w obróbce kół koronowych przekładni obiegowych, zamiast przeciągaczy z uzębieniem śrubowym, coraz częściej stosuje się metodę łuszczenia obwiedniowego (skiving). Nie chcąc stać bezczynnie, patrząc jak  doskonałe metody obróbki starzeją się, firma Aisin AW wspólnie z Mitsubishi Materials rozpoczęła opracowanie nowego typu przeciągacza z uzębieniem śrubowym. Celem tego projektu było radykalne zwiększenie wydajności i obniżenie kosztów w stopniu nieosiągalnym przez skiving. 
Sugiura wyjaśnia, dlaczego na partnera wybrano Mitsubishi Materials: "Myśleli przyszłościowo i byli wyraźnie zmotywowani, aby uczestniczyć w opracowaniu tego nowego narzędzia. Byliśmy niezwykle dumni, że jesteśmy pionierami we wdrażaniu tych przeciągaczy w Japonii. Przy opracowaniu nowych metod obróbki za pomocą przeciągaczy mieliśmy poczucie misji, czuliśmy także że dzięki swojemu podejściu i szybkiej reakcji, Mitsubishi Materials będzie dla nas najlepszym partnerem".

Wspólny projekt opracowania nowego innowacyjnego przeciągacza  o dużej średnicy z uzębieniem śrubowym ruszył w 2013 roku. "Mitsubishi Materials udostępniła nam szczegóły produkcji przeciągaczy, których zwykle nie ujawnia się na zewnątrz. Aby przyspieszyć realizację wspólnego projektu, udostępniliśmy informacje dotyczące projektowania i podstaw produkcji. Aby osiągnąć nasz cel - znaleźć innowacyjną technologię obniżenia kosztów produkcji automatycznych skrzyń biegów, pracowaliśmy z nimi ręka w rękę na terenie zakładu Mitsubishi Materials w Akashi. Bardzo ceniłem sobie ich współpracę i gościnność. "Inżynierowie z obu firm toczyli poważne dyskusje, patrząc na rysunki w pełnej skali, o wymiarach sięgających 2 metrów. Zdarzały się nawet momenty, gdy dyskusje były bardzo gorące. Trzeba powiedzieć, że od samego początku tego wspólnego projektu występowały spory dotyczące najlepszej drogi postępowania. 

W projekcie tym zastosowaliśmy metodę projektowania współbieżnego, którą stosowaliśmy już w Aisin AW. Zaangażowaliśmy personel, który zwykle angażuje się dopiero po zakończeniu etapu projektowania. Jednak niezwykle rzadko stosujemy tę metodę przy udziale zewnętrznego partnera. Liczyliśmy na to, że Mitsubishi Materials będzie współpracowała z nami tak, jak towarzysze broni w walce o zwycięstwo", mówi Sugiura. "Kluczem do uzyskania wysokiej precyzji było opracowanie technologii pomiarów", kontynuuje. Musieliśmy przewyższyć poziom, który byli w stanie osiągnąć inni producenci, a ponieważ aby pogodzić precyzję z kosztami trzeba pójść na kompromis, trudno było całkowicie uniknąć tarć między obiema stronami. Jednak w duchu kompromisu obie strony zdołały osiągnąć zarówno wysoki poziom, jak i akceptowalny koszt. 

Opracowanie przeciągacza o uzębieniu śrubowym, który pozwala na osiągnięcie pięciokrotnie wyższej wydajności w porównaniu z istniejącymi przeciągaczami

W nowo opracowanym przeciągaczu zastosowaliśmy innowacyjną konstrukcję, polerowanie i inne technologie. Oryginalna koncepcja konstrukcyjna powoduje zwiększenie trwałości narzędzia, polerowanie stabilizuje proces regeneracji, a innowacyjna technologia zwiększa dokładność obróbki. Te trzy koncepcje doprowadziły do opracowania prawdziwie przełomowego przeciągacza. 

"Dotychczasowo stosowany przeciągacz trzeba było wymieniać codziennie, natomiast nowy ma trwałość pięciu dni. Czas i nakład pracy niezbędny do wymiany przeciągacza był duży i oznaczał zatrzymanie linii produkcyjnej codziennie na około półtorej godziny. Zmniejszenie częstotliwości wymiany do pięciu dni znacznie zwiększyło wydajność. Mówi się, że rozwój technologii skivingu został opóźniony z powodu naszych prac nad nowym przeciągaczem, ale ja nie zgadzam się z tym. Jeśli ograniczenia techniki przeciągania nie zmieniłyby się, nie trzeba byłoby wyznaczać ambitnych celów dla skivingu. Jednak ponieważ wydajność przeciągania osiągnęła niezwykle wysoki poziom, musimy teraz od nowa zastanowić się, jak metodą skivingu osiągnąć nowy standard. Opracowanie przeciągacza o uzębieniu śrubowym miało pozytywny wpływ na naszą technologię i uhonorowane zostało przyznaniem nagrody za doskonalenie produkcji, bardzo cenionej w firmie Aisin AW", mówi Sugira. 

Nakagawa wspominając proces opracowania przeciągacza i osiągnięte wyniki powiedział: "firma Mitsubishi Materials szybko odpowiedziała na nasze prośby i pytania, i powitała nas z otwartymi ramionami w swym zakładzie. Towarzyszyli nam w naszych działaniach nad opracowaniem najnowocześniejszej technologii, które zakończyły się pełnym sukcesem".

Obie firmy wiele się nawzajem od siebie uczyły, analizowały wyniki, wspierały się i ciężko krok po kroku pracowały nad pokonywaniem trudności podczas prac. Mitsubishi Materials będzie kontynuować partnerstwo z Aisin AW, wspierać jej pozycję lidera na rynku motoryzacyjnym oraz dalszy rozwój branży.