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Fallstudie

Präzisions-CNC-Bearbeitung für Aluminium-Rennradnaben

Radnaben für Brown Formula Racing
Projektübersicht
Branche
Automobilindustrie / Motorsport
Produkt
Spezielle Radnaben mit Zentralverschluss (vorne und hinten)
Material
Aluminiumlegierung 7075-T6
schaffen
CNC-Drehen + 5-Achs-CNC-Bearbeitung
Produktionsart
Kleinserienfertigung mit hoher Präzision
Oberflächenfinish
Wie bearbeitet
Präzision
± 0.01 mm
Vorlaufzeit
10 Werktage (ohne Versand)
Funktion
Im FSAE-Rennsport sind Radnaben Hochleistungsbauteile, die Antriebsstrang, Lager und Räder integrieren. Ihre Maßgenauigkeit, Rundlaufgenauigkeit und strukturelle Integrität beeinflussen unmittelbar die Fahrzeugstabilität, das Fahrverhalten und die Sicherheit bei hohen Geschwindigkeiten.
Kundenspezifische Vorrichtungen für die 5-Achs-Bearbeitung
Brown Formula Racing

Über den Kunden

Brown Formula Racing ist das studentische Konstruktions- und Bauteam der Brown University. Wie ein simuliertes Ingenieurbüro begleitet das Team Projekte von der Konzeption bis zum Wettbewerb und bietet seinen Mitgliedern praktische Erfahrung in CAD-Konstruktion, fertigungsgerechter Konstruktion, Metall- und Verbundwerkstoffverarbeitung sowie Fahrzeugtests. Das Team heißt Studierende aller Fachrichtungen willkommen und legt Wert auf praxisorientiertes Lernen und die Vermittlung realer Ingenieurskompetenzen, die über den Hörsaal hinausgehen.

Was ist FSAE Michigan?

Brown Formula Racing nimmt an der Formula SAE Michigan teil, dem größten und renommiertesten Formula SAE-Wettbewerb Nordamerikas. Universitätsteams entwickeln, bauen und fahren Hochleistungsfahrzeuge im Formel-Stil, die in dynamischen Wettbewerben und strengen Design-, Kosten- und Wirtschaftlichkeitsprüfungen durch Branchenexperten bewertet werden.

Was das FSAE-Team benötigte

Für Brown Formula Racing sind die Radnaben geschäftskritische Bauteile, die enormen Kurvenkräften und Bremsmomenten standhalten müssen. Diese Teile müssen folgende Anforderungen erfüllen:

  • Ausgezeichnete Rundlaufgenauigkeit zur Vermeidung von Vibrationen
  • Hohe Festigkeit bei gleichzeitig aggressivem Leichtbau
  • Präzise Gewindeschnittstellen für den Eingriff der Radsicherungsmutter
  • Absolute Maßgenauigkeit für Lager- und Nabenbaugruppe

Über die technischen Anforderungen hinaus sah sich das Team mit zusätzlichen Einschränkungen konfrontiert, die für Formula SAE-Projekte typisch sind:

  • Begrenztes Budget
  • Enger Entwicklungsplan
  • Kleinserien-CNC-Fertigung
  • Kleinserien, hochgradig kundenspezifische Teile

Das Team benötigte mehr als eine herkömmliche Maschinenwerkstatt. Sie brauchten einen Partner, der sich auf schnelles Prototyping für den Motorsport spezialisiert hat – jemanden, der innerhalb des engen Zeitplans rennstreckentaugliche Präzision und fortschrittliche 5-Achs-Bearbeitungsmöglichkeiten liefern kann.

Was das Rennteam brauchteWas das Rennteam brauchte 2
Technische Herausforderungen

Präzisionstechnik für FSAE-Rennen

Das Projekt erforderte die Bearbeitung komplexer Radflansche mit extremen Anforderungen an die Rundlaufgenauigkeit und einen erheblichen Materialabtrag, wobei gleichzeitig die strukturelle Steifigkeit und die Oberflächenintegrität erhalten bleiben mussten.

01

Konzentrizität im Mikrometerbereich

Die Radflansche an Vorder- und Hinterrad erfordern höchste Rundlaufgenauigkeit in komplexen, tiefen Bohrungen und symmetrischen Geometrien. Die Einhaltung von Toleranzen im Mikrometerbereich über mehrere komplexe Bearbeitungsprozesse hinweg ist entscheidend; selbst geringste Abweichungen führen bei hohen Drehzahlen zu katastrophalen Vibrationen und Leistungseinbußen.
02

Dünnwandbearbeitung von 7075

7075-Aluminium ist ein starkes und dennoch leichtes Material und daher ideal für Hochleistungs-Radnaben. Die größte Herausforderung besteht darin, eine makellose Oberflächengüte zu erzielen und gleichzeitig Verformungen in den leichten, dünnwandigen Bereichen zu vermeiden, die beim Abtragen großer Materialmengen anfällig für strukturelle Beeinträchtigungen sind.
03

Bearbeitung tiefer Hohlräume

Die komplexe innere Struktur der Naben erfordert die Bearbeitung tiefer, schwer zugänglicher Aussparungen. Diese Geometrien bergen inhärente Risiken von Werkzeugschwingungen und behindertem Spanabtransport, was sowohl die Maßstabilität als auch die erforderliche hohe Oberflächengüte in den beengten Bereichen gefährdet.
04

Fast-Track-Lieferung

Die Unterstützung eines wettbewerbsfähigen FSAE-Teams erfordert einen extrem engen Produktionszeitplan. Die Herausforderung besteht darin, die hohen Anforderungen an Präzision mit der Dringlichkeit einer rennfertigen Auslieferung in Einklang zu bringen, da jede Verzögerung die Fahrzeugtests und die Einsatzbereitschaft an der Rennstrecke beeinträchtigt.

Unsere Bearbeitungslösung

Als führender Anbieter von Präzisions -CNC-Bearbeitungsdienstleistungen für die Automobil- und Rennsportindustrie ist 3ERP darauf spezialisiert, komplexe technische Visionen in leistungsstarke Realitäten umzusetzen.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, entwickelte 3ERP eine umfassende Bearbeitungsstrategie, die CNC-Drehen, 5-Achs-Fräsen und kundenspezifische Vorrichtungen kombiniert und durch eine prozessbegleitende Inspektion unterstützt wird.

Präzisions-CNC-Drehen

Strategie für minimales Setup

Unser Team bearbeitete sowohl die Vorder- als auch die Hinterradnaben mit einer zweiseitigen Drehtechnik. Jedes Ende wurde vorgedreht, fertiggedreht, gebohrt, ausgebohrt und mit einem Gewinde versehen, wobei durch kontrolliertes Wenden gleichbleibende Bezugspunkte beibehalten und eine hochpräzise Ausrichtung erreicht wurde.
Kundenspezifische Vorrichtungen für die 5-Achs-Bearbeitung

Kundenspezifische Vorrichtungen für die 5-Achs-Bearbeitung

Für dieses Projekt wurden spezielle Vorrichtungen entwickelt, die ein sicheres Spannen und eine gleichbleibende Positionierung während der 5-Achs-Bearbeitung ermöglichten. Dadurch wurden Rüstvorgänge minimiert und kumulative Positionierungsfehler vermieden.
Konturbearbeitung

Gewichtsoptimierung durch 5-Achs-Fräsen

Für die umfangreiche Taschenbearbeitung und das Konturfräsen wurden dynamische Frässtrategien eingesetzt, die einen aggressiven Materialabtrag bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Bauteilsteifigkeit und Oberflächenqualität ermöglichten.
Tiefentaschenbearbeitung

Optimierte Strategie für die Bearbeitung tiefer Taschen

Für schwer zugängliche Innentaschen wurde ein mehrstufiges Verfahren angewendet:

  • Pilotbohrung zur Spanabfuhr
  • Spiral-Schruppfräsen
  • Kontrollierte Endbearbeitungsläufe

Diese Strategie gewährleistete einen stabilen Schnitt und eine präzise Geometrie der Merkmale.

Prozess- und Endprüfung

Strenge Zwischen- und Endkontrolle

  • Die maschineninterne Abtastung gewährleistete eine genaue Positionierung.
  • Die Prüfung mit einer Koordinatenmessmaschine (KMM) bestätigte die Einhaltung aller geometrischen Toleranzen.
  • Gewindelehrringe bestätigten die Passung und Zuverlässigkeit des Gewindes.

Die Inspektionsdaten werden zur Qualitätsrückverfolgbarkeit und zur Einhaltung der Rennregeln erfasst.

CNC-Bearbeitungsprozess

Sehen Sie, wie 3ERP die Radnaben aus massivem 7075er Aluminium mittels CNC-Drehen und fortschrittlicher 5-Achs-Bearbeitungstechnologie fertigt.

Technische Highlights

Schneller Materialabtrag und präzises Drehen von Außendurchmessern und Stirnflächen, wodurch eine Konzentrizität im Mikrometerbereich für hohe Rotationsstabilität erreicht wird.

Präzise Herstellung tiefer Bohrungen für die Radnaben- und Sicherungsmutternmontage, wodurch die strukturelle Integrität und die Zuverlässigkeit der Montage gewährleistet werden.

Feinbearbeitung des Innendurchmessers zur Einhaltung strenger Toleranzen und glatter Passflächen für die Lagerausrichtung.

Gewindeschneiden für Radsicherungsmutterverbindungen, geprüft mit Gewindelehren, um Passgenauigkeit und Funktionssicherheit zu gewährleisten.

Aggressive Materialentfernung im Inneren zur Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Erhaltung der strukturellen Steifigkeit und Vermeidung von Vibrationen oder Durchbiegungen.

Mehrwinkelfräsen komplexer Außenkonturen und Seitenwände in einer einzigen Aufspannung, wodurch Fehler vermieden werden, die durch wiederholtes Umspannen bei der herkömmlichen 3-Achs-Bearbeitung entstehen, was eine präzise Geometrie und eine überlegene Oberflächengüte ermöglicht.

Die Bearbeitung dünnwandiger und massenreduzierter Bauteile ohne Beeinträchtigung der mechanischen Festigkeit verbessert die Fahrzeugleistung.

Glatte Fasen entlang von Kurvenkanten und komplizierten Konturen, effizienter und genauer als 3-Achs-Verfahren, was die Sicherheit und Montagegenauigkeit erhöht.

Echtzeitmessung und CMM-Verifizierung, um sicherzustellen, dass alle geometrischen Toleranzen und Gewindespezifikationen den Konstruktionsanforderungen entsprechen und somit die Zuverlässigkeit im Renneinsatz gewährleistet ist.

3erp war uns eine unglaubliche Hilfe! Die Kommunikation und der Support waren hervorragend, und sie haben sich sehr bemüht, ein Versandproblem zu lösen, für das sie nicht verantwortlich waren. Dank ihrer maßgeschneiderten und schnellen Fertigungsdienstleistungen konnten wir unser Projekt termingerecht und sogar vorzeitig abschließen.

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