交通產(chǎn)生的微粒排放量很高，尤其是在城市。歐盟委員會(huì)認(rèn)為，這種排放水平過(guò)高，因此要求通過(guò)引入歐7標(biāo)準(zhǔn)來(lái)大幅降低排放水平。微粒排放主要是由輪胎和剎車(chē)磨損造成的。因此，解決排放問(wèn)題的有效方法是使用硬涂層剎車(chē)盤(pán)，這種剎車(chē)盤(pán)可減少高達(dá)90%的磨損。

       9月18日，在意大利都靈舉行的Stellantis工廠(chǎng)助推日上，柯馬與Prima Additive展示了一系列機(jī)器人驅(qū)動(dòng)快速涂層工藝單元中的第一個(gè)單元。通過(guò)在未加工的剎車(chē)盤(pán)上使用彈性鋼和復(fù)合材料進(jìn)行硬涂層，該解決方案將使Stellantis能夠顯著提高剎車(chē)盤(pán)的耐用性，減少高達(dá)80%的排放污染，同時(shí)將周期時(shí)間保持在最低水平。這反過(guò)來(lái)又將使汽車(chē)制造商完全符合歐7標(biāo)準(zhǔn)的要求，即到2026年底，將剎車(chē)盤(pán)的顆粒排放減少27%。

Jannik R?ttger 最近從亞琛工業(yè)大學(xué)轉(zhuǎn)到埃馬克公司，擔(dān)任磨削技術(shù)負(fù)責(zé)人，這位磨削專(zhuān)家同時(shí)也是斯圖加特 - 費(fèi)爾巴赫磨削會(huì)議的負(fù)責(zé)人

       Prima Additive首席執(zhí)行官Paolo Calefati解釋說(shuō)：“在Prima Additive，我們相信合作與創(chuàng)新是塑造未來(lái)制造業(yè)的驅(qū)動(dòng)力。我們與柯馬的合作將兩家在各自領(lǐng)域擁有深厚專(zhuān)業(yè)知識(shí)的公司聯(lián)合在一起，共同開(kāi)發(fā)用于材料加工的自動(dòng)化和先進(jìn)激光系統(tǒng)方面真正尖端的工業(yè)解決方案。更重要的是，為剎車(chē)盤(pán)涂層應(yīng)用開(kāi)發(fā)的激光系統(tǒng)是將激光增材制造/激光熔覆技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)大規(guī)模生產(chǎn)的案例之一。該解決方案不僅有助于提高汽車(chē)剎車(chē)盤(pán)的性能和耐用性，而且還通過(guò)減少機(jī)動(dòng)車(chē)對(duì)環(huán)境的總體影響，在促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。”

       柯馬首席執(zhí)行官Pietro Gorlier補(bǔ)充說(shuō)：“這一機(jī)器人解決方案是由兩家意大利公司主導(dǎo)的創(chuàng)新典范，它們開(kāi)發(fā)了先進(jìn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)重要的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。柯馬和Prima Additive攜手合作，實(shí)現(xiàn)了高速激光熔覆的安全自動(dòng)化，有助于滿(mǎn)足歐洲及其他地區(qū)日益增長(zhǎng)的對(duì)靈活的交鑰匙解決方案的需求，這將有助于減少顆粒排放污染，以響應(yīng)最新法規(guī)的要求。我們相信這種解決方案具有巨大的市場(chǎng)潛力。”

       聯(lián)合開(kāi)發(fā)的快速?lài)娡肯到y(tǒng)計(jì)劃于2024年底在法國(guó)的塞豐工廠(chǎng)部署，這將使Stellantis成為首批推出符合歐7政策標(biāo)準(zhǔn)的剎車(chē)盤(pán)盤(pán)硬噴涂全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的汽車(chē)制造商之一。

       增加了磨削工藝的復(fù)雜性

       作為噴涂的后環(huán)節(jié)，磨削面臨著特殊挑戰(zhàn)。2023年9月，Jannik R?ttger從亞琛工業(yè)大學(xué)（RWTH Aachen University）的研究崗位調(diào)到德國(guó)西南部的薩拉赫，擔(dān)任埃馬克磨削技術(shù)部的新主管：“簡(jiǎn)單地說(shuō)，硬涂層剎車(chē)盤(pán)在磨床中的作用與在低排放汽車(chē)中的作用完全相同——在不損失材料的情況下產(chǎn)生強(qiáng)大的制動(dòng)效果，”R?ttger說(shuō)，“然而，我們需要在磨削過(guò)程中實(shí)現(xiàn)完全相反的效果。我們的目標(biāo)是在盡可能短的時(shí)間內(nèi)去除材料，以獲得所需的幾何形狀和表面特性。”

       正如這位磨削專(zhuān)家所解釋的那樣，硬質(zhì)涂層由相對(duì)較軟的基體和作為硬質(zhì)材料的碳化物組成。這兩種材料具有根本不同的加工特性。通常情況下，磨削工具是針對(duì)其中一種或另一種材料的特性進(jìn)行優(yōu)化的。新材料使得開(kāi)發(fā)合適的砂輪盤(pán)成為一大挑戰(zhàn)。由于涉及到加工力，設(shè)計(jì)機(jī)床的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性以及主軸驅(qū)動(dòng)變得非常復(fù)雜。

       此外，影響硬質(zhì)材料層加工性能的不僅是硬質(zhì)材料和基體的體積成分，還有涂層工藝。

       以激光沉積焊接為例，R?ttger列舉了激光功率和相對(duì)速度等工藝參數(shù)。激光的熱能可能導(dǎo)致剎車(chē)盤(pán)變形。在隨后的打磨過(guò)程中必須考慮到這一點(diǎn)。因此，必須將未加工部件鑄造后的整個(gè)工藝鏈，即車(chē)削、激光涂層和打磨以及由此造成的車(chē)輛功能特性，作為一個(gè)整體系統(tǒng)加以考慮和優(yōu)化。

       整個(gè)加工鏈的制造解決方案

       埃馬克表示，它可為鑄造工藝后加工鏈中的每個(gè)環(huán)節(jié)提供制造解決方案。這使其能夠在自己的車(chē)床、激光機(jī)和磨床上評(píng)估不同制造工藝之間的具體相互作用。據(jù)R?ttger介紹，設(shè)計(jì)師、生產(chǎn)工程師和材料科學(xué)家組成跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，共同開(kāi)展研發(fā)工作，以了解設(shè)定參數(shù)和結(jié)果參數(shù)之間的因果關(guān)系。亞琛工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家和新成立的HPL技術(shù)公司的涂層系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員等外部專(zhuān)家也參與其中。

       Supfina Grieshaber公司研發(fā)主管Michael W?hrle也深信跨學(xué)科和跨公司合作的好處。該公司早在2019年就開(kāi)始開(kāi)發(fā)磨削硬涂層剎車(chē)盤(pán)的工藝。W?hrle 說(shuō)：“從一開(kāi)始，我們就認(rèn)為與開(kāi)發(fā)伙伴密切合作是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足歐7標(biāo)準(zhǔn)的唯一途徑。我們必須摸著石頭過(guò)河，例如，看看粉末制造商能帶來(lái)什么，考慮不同的噴涂工藝，最終決定哪些是現(xiàn)實(shí)的，哪些是可以排除的，因?yàn)閷?duì)于大眾市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，成本太高了。”

       Supfina沒(méi)有排除任何技術(shù)，但主要關(guān)注激光沉積焊接和冷噴涂工藝。起初，他們幾乎每周都要與涂層專(zhuān)家會(huì)面。W?hrle說(shuō)：“我們看到了前所未有的創(chuàng)新速度。然而，政府是否會(huì)做出改變以及改變的內(nèi)容是什么，這些始終存在的不確定性被認(rèn)為是一種負(fù)擔(dān)。”不過(guò)，W?hrle認(rèn)為，無(wú)論是對(duì)人類(lèi)健康還是對(duì)環(huán)境而言，減少顆粒物污染都是絕對(duì)必要的。他也承認(rèn)“如果沒(méi)有新的法規(guī)，我們不會(huì)像現(xiàn)在這樣走得這么遠(yuǎn)”。

       經(jīng)濟(jì)型加工的雙面磨削

       歐洲每年生產(chǎn)近1億個(gè)剎車(chē)盤(pán)，其中約一半銷(xiāo)售給汽車(chē)制造商，另一半則銷(xiāo)往零配件市場(chǎng)。專(zhuān)家認(rèn)為，汽車(chē)行業(yè)將需要投資數(shù)十億美元來(lái)生產(chǎn)可減少微塵含量且環(huán)保的剎車(chē)盤(pán)。W?hrle說(shuō)：“直到最近，一些剎車(chē)盤(pán)還非常便宜，甚至可以按噸出售。現(xiàn)在，昂貴的原材料和工藝已經(jīng)加入其中，同時(shí)也帶來(lái)了開(kāi)發(fā)適合大眾市場(chǎng)的產(chǎn)品的挑戰(zhàn)。”據(jù)W?hrle稱(chēng)，雙面磨削之所以受到機(jī)床制造商的青睞，是因?yàn)樗鼙ＷC同時(shí)加工兩個(gè)摩擦環(huán)表面、高產(chǎn)能和短周期。Supfina最近推出了新型機(jī)床Planet BD，目前已有許多知名客戶(hù)在使用。W?hrle指出，這是一款針對(duì)單一產(chǎn)品（即未來(lái)的剎車(chē)盤(pán)）開(kāi)發(fā)的磨床。

       這種機(jī)床還將用于加工電動(dòng)汽車(chē)的剎車(chē)盤(pán)。純電動(dòng)汽車(chē)的制動(dòng)頻率要低得多，力度也要小得多，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的恢復(fù)通常可以提供足夠的制動(dòng)力。不過(guò)，這也帶來(lái)了“使用不足”的制動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)始生銹的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在潮濕的天氣條件下。涂層剎車(chē)盤(pán)也能幫助解決這一問(wèn)題。W?hrle確信，涂層可以適應(yīng)制動(dòng)性能和制動(dòng)循環(huán)次數(shù)方面略低的要求。涂層中昂貴成分的數(shù)量可以減少或替換，從而使系統(tǒng)的成本效益更高，盡管性能略有降低。通過(guò)歐7壓力測(cè)試所獲得的經(jīng)驗(yàn)將確保磨削專(zhuān)家為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)做好充分準(zhǔn)備。