정밀 툴링 & 워크홀딩으로 휩플 슈퍼차저 로터 최적화, 성능 극대화

맞물리는 헬리컬 로터의 더 정확한 가공 공정을 개발함으로써, 이 휩플 슈퍼차저의 슈퍼차저 모델은 엔진에 공기를 더 효율적으로 강제 공급하여 더 높은 마력 향상을 달성할 수 있습니다. 맞춤형 워크홀딩과 폼 공구로 회사는 B축 턴밀 장비에서 슈퍼차저 로터를 원 셋업으로 정밀 밀링할 수 있게 되었습니다.

1987년 전 레이싱 크루 치프이자 카 오너인 아트 휩플이 설립한 프레즈노의 휩플 슈퍼차저스는 자동차 및 해양 레이서와 엔진 성능 향상을 원하는 이들을 위한 트윈스크류 슈퍼차저를 제조합니다. 이러한 '파워 애더'(터보차저와 아산화질소도 해당)는 엔진이 자체적으로 흡입할 수 있는 것 이상의 추가 공기를 엔진에 공급합니다. 더 많은 공기는 더 많은 연료 투입을 의미하며, 본질적으로 엔진의 배기량과 마력 출력을 모두 증가시킵니다.

핵심은 슈퍼차저 케이싱 내 두 헬리컬 로터의 정확한 비접촉 맞물림입니다. 휩플 설계에서 수컷 로터는 3개의 헬리컬 로브를, 암컷 로터는 4개를 가집니다. 이들은 서로 반대 방향으로 극도로 가깝게 회전한다고 슈퍼차저 설계자 가렛 브라이트는 설명합니다. 각 로브가 공기 흡입 포트를 지나갈 때 공기는 로터와 케이싱 사이에 갇히게 됩니다. 로터 회전은 공기가 차지하는 공간을 점진적으로 줄여 압축합니다. 압축은 내부 로브 공간이 배출 포트에 노출될 때까지 계속되며, 이때 공기는 대기압보다 높은 압력으로 흡기 매니폴드를 통해 엔진 위로 배출됩니다.

슈퍼차저 효율은 맞물리는 로터와 케이싱 간의 실링 효과에 달려 있습니다. 이전에는 휩플이 외부 업체가 제조 공급하는 로터만 사용했습니다. 여전히 일부 슈퍼차저 모델에는 공급 로터를 사용합니다. 그러나 회사는 이후 자체 로터를 자체 설계 및 가공하기 시작했고, 개발한 가공 공정은 공급업체 제공 로터보다 더 원통적이고 정확한 로터를 생산하여, 공급 로터를 사용하는 설계보다 5% 더 효율적인 슈퍼차저 설계를 가능하게 했습니다.

자사의 자이스 아큐라 3차원 측정기(CMM)로 측정한 공급업체 로터 결과를 보고 휩플은 자체 로터 가공을 결심했습니다. 이 CMM은 로터리 테이블과 자이스의 VAST 스캐닝 기술, 칼립소 측정 소프트웨어의 기어 프로 옵션을 갖추고 있습니다. 브라이트는 이 소프트웨어가 맞물리는 로터 측정에 특히 효과적이라고 말합니다. 수컷과 암컷 로터 헬리컬 프로파일이 만나는 지점에 특정 제어점을 할당하여 그 지점에서의 클리어런스를 결정할 수 있기 때문입니다. 그는 각 로터 프로파일이 ±63미크론이어야 하며 약 125미크론 클리어런스 달성을 목표로 한다고 판단했습니다. 휩플은 로터 공급업체로부터 이를 달성하지 못했습니다.

가공 내재화

회사의 자체 로터 가공 공정은 폼 공구를 사용하여 공급업체와 유사하지만, 강성을 높이기 위한 워크홀딩 수정이 가미되었습니다.

원통형 6061 알루미늄 로터 블랭크는 다른 기계에서 종방향으로 센터 드릴링되어 강철 샤프트를 프레스 피트할 수 있게 합니다. 오퍼레이터가 블랭크를 인테그렉스에 로드하면 기계의 메인 스핀들 그리고 서브 스핀들이 샤프트의 돌출 저널을 체결합니다. 다음으로 기계의 B축이 급격히 기울여 해당 각도에서 원하는 로터 플루트 프로파일과 일치하는 맞춤형 폼 공구를 정렬합니다. 마지막으로 회전하는 폼 공구가 Z축을 따라 이동하면서 로터가 천천히 회전하여 각 플루트를 다중 패스로 생성합니다.

초기에는 연장형 풀백 스타일 ER 콜릿을 사용하여 샤프트 저널을 체결했습니다. 연장 길이는 B축 스핀들이 서브 스핀들 척 위로 필요한 만큼 기울일 수 있도록 블랭크를 서브 스핀들에서 떨어뜨려 배치하는 데 필요했습니다. 그러나 해당 콜릿의 풀백 기능은 로터 블랭크 로딩을 시간 소모적이고 어렵게 만들었습니다. 콜릿 조임(풀백 발생)은 메인 스핀들에 과도한 하중을 가해 W축 서브 스핀들을 트램 인하여 하중을 다이얼 아웃해야 했습니다. 그렇지 않으면 채터나 불량 표면 조도가 발생할 수 있습니다. 결과적으로 오퍼레이터는 대부분의 하중이 제거될 때까지 계속 체결과 재체결을 반복해야 했고, 이는 일반적으로 10분이 소요되었습니다. 또한 콜릿이 빈번하게 조이고 풀리면서 마모되어 끊임없이 교체해야 했습니다.

마작의 애플리케이션 엔지니어 켈렌 부시의 조언으로 휩플은 하인부흐에 대체 워크홀딩 솔루션을 의뢰했습니다. 하인부흐 영업 매니저 톰 체임버스는 자사의 맞춤형 워크홀딩 솔루션이 B축이 간섭 없이 필요 각도로 기울일 수 있도록 연장된 리치를 제공할 뿐만 아니라, 더 높은 강성을 제공하면서 체인지오버를 단순화한다고 설명합니다. 이는 주로 풀백 타입 대신 데드 렝스 콜릿을 사용하기 때문입니다. 체임버스는 데드 렝스 콜릿이 '공간에서 체결'된다고 말합니다. 즉, 콜릿 체결 시 로터 블랭크가 움직이지 않습니다. 결과적으로 메인 스핀들에 다이얼 아웃해야 할 추가 하중이 가해지지 않습니다. 체인지오버가 이제 단 2분 만에 완료됩니다.

휩플이 로터 가공에 사용하는 교세라 유니메르코 폼 공구(휩플의 로터 공급업체도 사용)는 사실 금속 절삭에 흔히 사용되는 공구는 아닙니다. 교세라 유니메르코 영업 매니저 앤더스 바르가는 이 유형의 공구가 주로 목재, 복합재, 기타 섬유질 소재 절삭에 사용된다고 말합니다. 이는 금속 공작물과 긴 인서트 절삭날 사이의 높은 접촉 면적 결과로 공구에 가해지는 압력 때문입니다. 이 공구들이 이 로터 가공 애플리케이션에서 사용될 수 있다는 것은 캡토 스핀들 인터페이스 기계와 맞춤형 워크홀딩의 강성을 입증합니다.

로터의 헬리컬 플루트 프로파일과 일치하는 폼 공구 사용(브라이트가 개선한 프로파일)은 여러 엔드밀로 플루트를 조각낼 때 필요할 수 있는 2차 피니싱을 제거합니다. 로터는 로브가 가능한 한 크게 가공되지만, 후속 독점 코팅을 위해 약간 언더사이즈로 가공됩니다. 휩플은 일반적으로 수컷과 암컷 로터 각각에 대해 2개의 황삭 공구와 3개의 정삭 공구를 보유합니다. 공구는 무코팅 미립자 초경 인서트를 사용합니다. 황삭 공구 인서트는 나사로 공구 본체에 부착되고, 정삭 공구는 브레이징됩니다.

폼 공구 사용으로 휩플은 엔드밀로 로터 플루트를 생성할 때 필요했던 2차 피니싱을 수행하지 않아도 됩니다.

이제 이 가공 공정은 브라이트의 125미크론 맞물림 로터 간 클리어런스 목표를 달성할 뿐만 아니라, 엔드투엔드 로터 원통도 일관성도 더 높습니다. 그는 기존 워크홀딩 접근법에서는 로터 한 끝의 원통도와 다른 끝의 원통도 차이가 최대 10미크론까지 났다고 말합니다. 이것이 1미크론으로 줄어들었습니다. 로터 사이클 타임도 약간 빨라졌습니다. 수컷 로터 14분, 암컷 로터 20분. 하지만 휩플에게 이는 덤입니다. 주 목표는 더 높은 로터 가공 정밀도 달성과 체인지오버 단축이었으며, 둘 다 실현했습니다.