Elektrifierad rörlighet – driftsäker bearbetning av små motorhus för elmotorer gjorda i magnesium och aluminium 

Idag så cyklar amatörcyklister uppför alla typer av berg utan större ansträngning, berg som får proffscyklister att blir svettiga. Elcyklar är hemligheten, cyklar med elektrisk hjälpmotor, dessa cyklar syns överallt idag och populariteten fortsätter att öka.  När populariteten av elcyklar ökar, så ökar även produktionen av dess delar. 
Under 2019, var i genomsnitt var tredje cykel som såldes i Tyskland en elcykel, totalt 1,36 miljoner elcyklar utav 5,4 miljoner cyklar i Tyskland. 

Produktionen av elcyklar 

I Tyskland, tillverkades 1 miljon elcyklar 2019. Motorhusen, bl.a är en utmaning i tillverkningsfasen. Då motorhusen ska vara små och lätta och samtidigt mycket exakta. Den lilla storleken på enheten är resultatet av det begränsade utrymmet på elcykeln. De flesta motorer är monterade direkt i eller på ramen så diskret som möjligt. Hela enheten måste delvis vara gjord i lättviktsmaterial för att garantera en lång livslängd på batteriet. Ju mindre vikt som måste flyttas, desto mindre behöver elmotorn “jobba” och desto längre håller batteriet utan laddning. Motorhuset måste tillverkas med hög precision för att garantera att motorn går tyst och mjukt. En noggrant tillverkad motor går mjukt och uppnår högsta möjliga effektivitet. 

Som ett resultat av ovan nämnda krav, använder de flesta tillverkarna av små elmotorer pressgjuten aluminium, eller oftare pressgjuten magnesium. Båda materialen har låg vikt. Magnesium har en densitet på 1.7 g/cm³ så det är något lättare än aluminium med en densitet på 2.7 g/cm³. Dessutom, så är magnesium lättare att gjuta än aluminium. Detta möjliggör konstruktioner med tunnare väggar och invecklade strukturer.  Oavsett om husen är gjorda av aluminium eller magnesium, består de flesta elmotorerna av ett hus med ett eller två lock.  De har mycket tunna väggar och är instabila, och är därför känsliga för vibrationer. Flerstegkonturer i huset ger utrymme för olika funktionella komponenter i elmotorn. Form- och diametertoleranserna är höga, smala former, form- och lägestoleranser är specificerade. 

Utmaningen att bearbeta motorhuset 

“För bearbetningen av huset, ger egenskaperna på materialet och de tunna väggarna på detaljen stora utmaningar” säger Leander Bolz, säljchef hos ”Mapal Centre of Competence” för PKD verktyg. Dessutom är husen redan belagda innan de skall bearbetas och ytorna får inte bli repade under bearbetning. “Våra kunder, inom denna sektor, producerar mycket stora volymer, så det är lika viktigt att verktygen är kostnadseffektiva att använda” tillägger Bolz. 

Under de senaste decennierna, har Mapal byggt upp omfattande erfarenhet på bearbetning av små elmotorhus i både aluminium och magnesnium. “Små motorhus har alltid använts till motorsågar, mopeder och gräsklippare som exempel, men med elektrifieringen har toleranskraven ökat ytterligare”, förklarar Leander Bolz. Så Mapal har utvecklat sitt program för komplett bearbetning av elmotorhus till de ändrade förutsättningarna. Först och främst, PKD- och solida hårdmetallverktyg är bäst lämpade för bearbetning av båda dessa material. I vissa fall, designar verktygsexperter bearbetningsprocessen för torrbearbetning. Polerade spånutrymmen och särskilt polerade ytor på verktygen förhindrar att verktygen blir smutsiga. Detta gör bearbetningen säker även utan någon kylvätska. 

“När det gäller design av verktyg för bearbetning av magnesiumhus, gör vi alltid verktygen i det övre toleransområdet”, förklarar Bolz. Detta görs p.g.a. spänningar i materialet, olika tjocklekar på beläggningarna eller materialets duktilitet, som krymper efter bearbetning tack vare värmeutvecklingen, och detta orsakar måttvariationer på en del diametrar. “Det är endast genom provborrning med efterföljande mätning av detaljen som vi kan bestämma vilken diameter verktyget skall ha, som också gäller för efterföljande verktyg”.  

Mest lönsamma lösningen genom kombinationsverktyg 

För att kunna göra bearbetning av elmotorhus så ekonomisk som möjligt och hålla icke produktiv tid till ett minimum, så kombineras fler bearbetningssteg i ett och samma verktyg. 

PKD verktyg för bearbetning av lagerhål och styrpinnhål

Ett exempel är verktyget för bearbetning av lagerläge i ett hus av magnesium. “Under denna bearbetning, hade vi  problem med stora vibrationer eftersom detaljen var mycket tunnväggig, speciellt vid det tredje lagerläget”, påminner Leander Bolz om. Verktyget måste avverka ett skärdjup på 0,6 – 1 mm i de förgjutna hålen.

Kunden hade höga krav: 

•                    Rundhet < 0.01 mm 

•                    Diameter tolerans IT7 

•                    Ytkrav Rz < 10 µm 

Mapal designade ett komplext, PKD flerstegsverktyg för denna applikation. “Detta gav oss möjlighet att bearbeta alla tre lagerhålen och styrpinnhål i ett och samma verktyg – på ett sett som var processsäkert och uppfyllde toleranskraven”  säger Bolz. 

Verktyget körs med följande skärdata: 

•                    Varvtal 8,000 rpm 

•                    Matning 3,200 – 4,800 mm/min 

•                    Matning/tand 0.1 – 0.15 mm 

Upprymmning och fräsning i ett och samma verktyg

Ett annat verktyg kombinerar fräsning och upprymning. När upprymningen kör lagerlägena och styrpinnhål, fräser man ett tätningsspår med samma verktyg. “Med detta verktyg var vår huvuduppgift att förhindra vibrationer och reducera skärtrycket” förklarar Bolz. Mapals verktygsexperter uppnådde detta med optimalt antal skär och geometri på fräsdelen. “Detta hjälper oss att undvika spånor i tätningsspåret och garantera en säker process” säger Bolz.

Frässteget på verktyget har följande skärdata: 

•                    Varvtal 8000 rpm 

•                    Matning 7,200 mm/min 

•                    Matning/tand 0.15 mm 

Mapal offererar ett komplett verktygspaket Mapal gör också alla andra verktyg för komplett bearbetning av motorhuset. “För en av våra kunder, offerera vi komplett bearbetning av ett motorhus med endast åtta olika verktyg” säger Bolz. Antalet verktyg varierar beroende på hur detaljen ser ut, material och toleranskrav. En annan kund med ett mycket mer komplicerat motorhus behövdes 31 verktyg. “Idag offererar vi kompletta verktygspaket för bearbetning av små motorhus i aluminium och magnesium. Beroende på krav och komplexitet, designar vi lämpligt verktygskoncept” sammanfattar Bolz.

MAPAL offererar kompletta verktygspaket för bearbetning av små elmotorer. 

För mer information kontakta Colly Verkstadsteknik AB, 08-703 01 00, www.collyverkstadsteknik.se