電気自動車市場がチューブ曲げ技術の変化をどのように推進しているか

完全に自動化されたチューブ曲げセルには上流プロセスと下流プロセスが組み込まれており、高速でエラーのない処理、再現性、安全性が組み合わされています。このような統合はあらゆる製造業者に利益をもたらす可能性がありますが、電気自動車生産という新興だが競争の激しい分野の製造業者にとっては特に魅力的です。

電気自動車（EV）は新しいものではありません。 1900 年代初頭には、電気、蒸気、ガソリンを動力とする自動車が利用可能になり、EV 技術は単なるニッチなものではなくなりました。このラウンドではガソリンエンジンが勝利しましたが、バッテリー技術が復活し、それが定着しています。世界中の多くの都市が化石燃料を動力とする車両の将来的な使用禁止を発表し、多くの国がそのような車両の販売を禁止する意向を発表しているため、代替パワートレインが自動車業界を席巻することになる。それは時間の問題です。

販売データによれば、代替燃料を使用した自動車が長年にわたって普及し続けていることがわかります。環境保護庁によると、2020年の米国のEV、プラグインハイブリッド車（PHEV）、燃料電池車、PHEV以外のハイブリッド車の乗用車市場は全体の7％だった。この市場は20年前にはほとんど存在していませんでした。ドイツ連邦自動車交通局が提供した数字がそれを物語っている。2021年1月から11月までの期間にドイツで新規登録された全車両のうち、代替パワートレインを搭載した車両の割合はほぼ35％に達した。この期間、純粋に電気駆動装置を搭載した新規登録車両の割合は約 11% でした。ドイツにおける新型EVの増加は、乗用車に目を向けると特に明らかになる。同セグメントでは、新規登録乗用車全体に占めるEVのシェアは2020年通年で6.7％となったが、このシェアは2021年1月から11月にかけて25％以上と大幅に上昇した。

この変化は自動車メーカーとそのサプライチェーン全体に大きな変化をもたらします。軽量構造は主要なテーマです。車両が軽量であればあるほど、必要なエネルギーは少なくなります。これにより航続距離も延びますが、これはEVにとって重要です。この傾向は、チューブの曲げに対する要件の変化にもつながり、コンパクトでありながら高性能のコンポーネント、特に高強度材料で作られた薄肉チューブに対するニーズが高まっています。しかし、アルミニウムや炭素繊維強化プラスチックなどの軽量材料は、通常、従来の鋼よりも高価で、加工がより困難です。この傾向に関連して、円形以外の形状の使用が大幅に増加しています。軽量構造では、多様な断面を持つ複雑で非対称な形状がますます必要になります。

一般的な自動車製造では、丸いチューブを曲げ、ハイドロフォーミングによって最終形状に仕上げます。これは合金鋼には適していますが、他の材料を扱う場合には問題が生じる可能性があります。たとえば、炭素繊維強化プラスチックは冷えているときは曲げることができません。問題を複雑にしているのは、アルミニウムは年月が経つにつれて硬くなる傾向があることです。これは、アルミニウムのチューブやプロファイルを製造後わずか数か月で曲げるのが困難または不可能であることを意味します。さらに、目的の断面が円形でない場合、特にアルミニウムを使用する場合、事前に定義された公差を遵守することが非常に困難になります。最後に、電流を流すために従来の銅ケーブルの代わりにアルミニウムのプロファイルやロッドを使用する傾向が高まっており、コンポーネントには曲げ時に損傷しない絶縁層があるため、曲げ加工に対する新たな課題となっています。

電動モビリティへの移行により、チューブベンダーの設計も変化しています。事前定義された性能パラメータを備えた従来の標準的な管曲げ機械は、製造業者のニーズに応じてカスタマイズできる製品固有の特殊な機械に取って代わられています。曲げ性能、曲げ半径やチューブの長さなどの幾何学的測定値、ツールの設置スペース、およびソフトウェアは、製造業者の特定のプロセスや製品要件により密接に適合するように調整されています。

この変化はすでに進行中であり、さらに激化するでしょう。これらのプロジェクトを実現するには、システムサプライヤーは曲げ技術に関する必要な専門知識と、ツールとプロセスの設計に関する必要な知識と経験を必要とし、最初の機械設計段階でこの知識を組み込む必要があります。たとえば、さまざまな断面を持つアルミニウムのプロファイルを製造するには、複雑な工具形状が必要です。したがって、このようなツールの開発と最適な設計はますます重要になっています。さらに、炭素繊維強化プラスチックを曲げるには、少量の熱を加える機構が必要です。

自動車業界全体に広がるコスト圧力の増大は、サプライチェーン全体でも感じられています。短いサイクル時間と極めて高い精度が、これまで以上に重要になっています。競争力の維持を目指す企業は、リソースを効率的に使用する必要があります。これには、時間と物的リソースだけでなく、人的リソース、特に製造業の中心となる従業員も含まれます。この分野では、ユーザーフレンドリーで信頼性の高いプロセスが費用対効果を高める重要な要素となります。

社内でチューブの製造を行うチューブ製造業者や OEM 企業は、自社のニーズに正確に合わせた高性能機械を求めることで、絶え間ないコスト圧力やその他のストレスに対応する可能性があります。現代のベンダーは、カスタマイズ可能なマルチ半径曲げツールなどの機能を含むマルチレベルのテクノロジー戦略を使用する必要があります。これにより、曲げ間のチューブの長さが非常に短くても簡単かつ正確な曲げが容易になります。このような曲げ技術の発展は、複数の半径を持つ管状コンポーネントを製造したり、ベンドインベンドシステムを作成したり、その他の複雑な管システムを製造したりするときに威力を発揮します。高度な曲げを処理できるように構築された機械は、サイクルタイムを短縮できます。大量生産の場合、コンポーネントごとに数秒節約するだけでも、生産効率に大きなプラスの影響を与える可能性があります。

もう 1 つの重要なコンポーネントは、オペレーターと機械の間の対話です。テクノロジーは可能な限りユーザーをサポートする必要があります。たとえば、ベンドダイリトラクションの統合 (ベンドダイとスイングアームが別々に動作する場合) により、機械は曲げプロセス中にさまざまなチューブの形状を調整して位置決めすることができます。別のプログラミングおよび制御コンセプトは、現在の曲げがまだ進行中に、次の曲げに向けて軸をステージングし始めます。これには、軸の相互作用を継続的かつ自動的に監視して軸の動きを調整するコントローラーが必要ですが、プログラミング作業により大きな利点が得られ、コンポーネントと必要なチューブの形状に応じてサイクルタイムが 20% ～ 40% 短縮されます。

代替パワートレインへの移行を考慮すると、自動化の重要性はこれまで以上に高まっています。チューブ曲げ機械のメーカーは、広範な自動化と、曲げを超えた作業プロセスを統合する機能に焦点を当てる必要があります。これは、大規模な連続生産におけるチューブ曲げの場合だけでなく、非常に少量の連続生産でもますます当てはまります。

Schwarze-Robitec の CNC 80 E TB MR などの大量生産メーカー向けの最新のベンダーは、自動車サプライチェーンの製造業者の要件によく適合します。短いサイクルタイムや高いリソース効率などの特性は重要であり、多くのメーカーは溶接シーム検出、内蔵カットオフ、ロボットインターフェイスなどのオプションに依存しています。

完全に自動化されたチューブ加工では、プロセスのさまざまな段階が信頼性が高く、エラーがなく、再現性があり、高速である必要があり、曲げ結果の品質が一貫していることが保証されます。上流および下流の処理ステップは、洗浄、曲げ、組み立て、端部成形、および測定を組み込んだこのような曲げセルに統合する必要があります。

ロボットなどのハンドリングデバイスやチューブローダー/アンローダーなどの追加コンポーネントも統合する必要があります。主なタスクは、どのプロセスが問題のアプリケーションに最適であるかを判断することです。たとえば、製造業者の要件に応じて、ベルトローディングマガジン、チェーンマガジン、リフティングコンベア、またはルースマテリアルコンベアがチューブフィーダに適したシステムとなる場合があります。一部のベンダーメーカーは、OEM のエンタープライズリソースプランニングシステムと連携して動作する独自の制御システムを提供することで、統合を可能な限り容易にしています。

ステップが追加されるたびにプロセスチェーンが長くなりますが、サイクルタイムは通常同じままであるため、ユーザーが遅延を経験する必要はありません。このような自動化システムの複雑さの増大における大きな違いは、曲げセルを既存の生産チェーンや企業ネットワークに統合するために必要な厳しい制御要件にあります。このため、チューブ曲げ機械はインダストリー 4.0 に対応する必要があります。

全体として、統合が最も重要です。 OEM は、完全に自動化された製造プロセスにおけるさまざまなサブシステムと互換性のある機械の開発に深い経験を持つ機械メーカーと協力することが重要です。