Maschinenwerkstatt nutzt Schmiedepresse, um die Kosten für Titanteile zu senken

Versierte Maschinenwerkstätten setzen auf fortschrittliche Schmiedeausrüstung, um Präzisionsteile aus Titan zu geringeren Kosten und in größeren Stückzahlen herzustellen.

Um komplexe Titanteile kostengünstiger herzustellen, integrieren Maschinenwerkstätten zunehmend fortschrittliche Schmiedeausrüstung als Ergänzung zu ihren vorhandenen CNC-Fähigkeiten, um nahezu endgeformte Teile herzustellen, die nur minimale Bearbeitung erfordern. In manchen Fällen ist der Schmiedeprozess so präzise, ​​dass keine zusätzliche Bearbeitung erforderlich ist.

Es bietet erhebliche Vorteile, das Schmieden in das Repertoire einer Maschinenwerkstatt aufzunehmen. Dank der jüngsten Fortschritte bei der Steuerung und Automatisierung hydraulischer Schmiedepressen können Präzisionsteile aus Titan mit extrem engen Toleranzen und in relativ großen Stückzahlen geschmiedet werden. Durch das Schmieden werden auch die Kosten für den Einsatz von Titan um bis zu 50 % gesenkt.

Um Titan jedoch nach präzisen Spezifikationen zu schmieden, benötigen Maschinenwerkstätten die richtige Ausrüstung mit einer äußerst strengen Kontrolle der Produktionsparameter. Glücklicherweise tragen Fortschritte in der Konstruktion, Steuerung und Automatisierung hydraulischer Pressen dazu bei, die Qualität, Produktion und den Preis der Komponenten zu optimieren.

Um große, komplexe Titanteile kosteneffektiv herzustellen, entschied sich die in Pennsylvania ansässige FPD Company, eine Maschinenwerkstatt, die Komponenten für die Luft- und Raumfahrt sowie die Medizin herstellt, in eine einzigartige neue kundenspezifische Presse zu investieren, die eine bessere Kontrolle bei höherer Tonnage bietet.

„Wir wollten unseren Umfang an Schmiedeteilen vergrößern, und das erforderte eine größere Presse mit ausgefeilteren Steuerungen für die Titanteile. Wir hatten bereits eine 2.500-Tonnen-Presse, was für Titan relativ klein ist. Gleichzeitig mussten wir uns verbessern.“ Kontrolle, Qualität und Zykluszeiten“, sagte Jeff Speicher, General Manager von FPD.

Um seine Produktionsziele zu erreichen, ging FPD eine Partnerschaft mit Erie Press Systems ein, einem Hersteller von mechanischen Schmiedepressen und individuell konstruierten hydraulischen Pressen seit 1895, der heute Teil des größten Anbieters von Schmiedeausrüstung in Nordamerika ist: Ajax-CECO-Erie Press.

Eine 3.000-Tonnen-Presse wie die von Ajax-CECO-Erie Press verfügt über ein hydraulisches Pressendesign, Steuerungen und Automatisierung, die zur Optimierung der Komponentenqualität, Produktion und des Preises beitragen.Ajax-CECO-Erie Press

Obwohl Erie Press das System entwarf, konstruierte und baute, leistete FPD einen wesentlichen Beitrag zu den Designanforderungen. Das Ergebnis war eine maßgeschneiderte hydraulische Hochgeschwindigkeitspresse, die über den gesamten Hub 3.000 Tonnen mit einer vollständig kontrollierten, programmierbaren Geschwindigkeit und einem Lastprofil produzieren kann.

„Die kundenspezifische Presse ermöglicht es uns zusammen mit unserer Technik und Werkzeugausstattung, bei der Herstellung von Titanteilen für die Luft- und Raumfahrt- und Medizingeräteindustrie konstant extrem enge Toleranzen einzuhalten“, sagte Speicher. „Mit der richtigen Ausrüstung sind die Schmiedeteile äußerst gleichmäßig und wir können endkonturnahe Formen herstellen, die nur minimale bis gar keine Bearbeitung erfordern. Wenn ein Teil eine zusätzliche Bearbeitung für Löcher, Bohrungen und andere sekundäre Merkmale erfordert, können wir das auch tun.“ "

Dank der jüngsten Fortschritte bei der Steuerung und Automatisierung hydraulischer Schmiedepressen können Präzisionsteile aus Titan mit extrem engen Toleranzen und in relativ großen Stückzahlen geschmiedet werden. Ajax-CECO-Erie Press

Laut Speicher ist die Schmiedeausrüstung von Erie Press mit einem einzigartigen Servohydrauliksystem ausgestattet, das eine bessere Kontrolle des Schmiedehubs und der aufgebrachten Kraft ermöglicht.

Die Pressensteuerung moduliert die servoproportionalen Speicherauslassventile, um unabhängig von der Last die programmierte Geschwindigkeit beizubehalten und so eine konstante Schmiedeleistung sicherzustellen. Diese Anordnung bietet Flexibilität beim Schmieden von Teilen über einen weiten Geschwindigkeitsbereich, der mit einer mechanisch angepassten Akkumulator-Entladungsgeschwindigkeitskonfiguration nicht möglich wäre.

Bei einigen Teilegeometrien kann die Verformungsgeschwindigkeit des Titans während des gesamten Umformprozesses variable Geschwindigkeitsprofile erfordern. Durch die Änderung der Verformungsrate kann FPD eine längere Matrizenlebensdauer erreichen und gleichzeitig mehr Details erzeugen, indem die Stege und Ecken des Matrizenhohlraums später im Hub gefüllt werden.

Laut Speicher ermöglicht das servohydraulische System eine extrem hohe Auflösung bei der Definition dieser Parameter. Darüber hinaus veröffentlicht die Pressenpositionssteuerung (auf dem Anlagenserver von FPD) ein Hochgeschwindigkeitsdiagramm oder eine digitale Signatur, die dem Schmiedezyklus jedes Teils entspricht, um historische Aufzeichnungen und Referenzen zu ermöglichen.

FPD kann die Presse auch so steuern, dass das Teil mit einer bestimmten Kraft oder einer vordefinierten Tonnagegrenze geschlagen wird. Darüber hinaus kann die Presse eine programmierte Position mit einer Positionsgenauigkeit von weniger als 0,01 Zoll anfahren.

Mit der Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) von Erie Press können Bediener sehen, wie die Presse funktioniert, und vorhersehen, wie sie funktionieren sollte. Dies wird durch dynamisch animierte Modelle und Schaltpläne, Live-Trends und Diagramme erreicht.

Ajax-CECO-Erie Press hat ein benutzerfreundliches, grafikbasiertes HMI in das Design integriert, das den Bedienern hilft, das Geschehen zu überwachen, damit sie erfolgreich Fehler beheben und die Anlage umgehend wieder in Betrieb nehmen können.Ajax-CECO-Erie Press

Das HMI ist eine Softwareanwendung, die dem Bediener grafisch Informationen über den Zustand verschiedener Prozesse in einem Format präsentiert, das der tatsächlichen Maschine oder dem Anzeigefeld ähnelt. Der Zugriff auf die Informationen kann lokal (an der Maschine) oder remote (innerhalb der Anlage oder extern) über PC, Laptop oder Smartphone erfolgen.

„Erie Press hat ein sehr benutzerfreundliches, grafikbasiertes HMI in das Design integriert, das sogar jemanden, der mit dem Schmiedeprozess nicht vertraut ist, Schritt für Schritt durch den Prozess führen kann“, sagte Speicher und fügte hinzu, dass das HMI-System des Schmiedepressenherstellers ein virtuelles „Digitales“ sei „Zwilling“ der eigentlichen Maschine, während sie funktioniert.

„Die Presse verfügt über Sensoren, die die Stößelposition, die Pumpenleistung, die Ventilpositionen usw. überwachen, und alle diese Parameter werden in einer digitalen Darstellung der Presse überwacht. Mit dem HMI sieht der Bediener in Echtzeit, wie die Maschine arbeitet. ."

Das HMI hilft den Bedienern auch dabei, das Geschehen zu überwachen und bietet genügend Einblicke, um Fehler erfolgreich zu beheben und die Geräte bei Bedarf umgehend wieder online zu bringen.

Beispielsweise können Bediener schnell von einem animierten Schaltplan der obersten Ebene aus einen Drilldown durchführen, um die Leistung bestimmter Komponenten wie Ventile und Pumpen zu überprüfen und Informationen zu Teilenummern und Verkabelungsplänen zu finden.

Aktuelle technische PDF-Dokumente und die Schaltpläne aller Komponenten der Maschine sind ebenfalls durchsuchbar und können bei Bedarf schnell angezeigt werden.

Die Schmiedeausrüstung von Erie Press verfügt über eine Automatisierung, die es dem Bediener ermöglicht, heiße Gesenke in weniger als zehn Minuten auszutauschen. Die Umrüstung des Schmiedeteils erfolgt völlig automatisch und erfordert lediglich Eingaben in die HMI. Titanbarren und Werkstücke werden in einem Elektroofen vorgewärmt, während die Werkzeuge offline vorgewärmt werden.

Der Bediener, der aus Sicherheitsgründen hinter einem Schleusentorsystem arbeitet, transportiert die Werkzeuge mit einem Joystick in die Presse, die hydraulisch festgeklemmt wird. Auf der Produktionsfräse wird ein Barcode gescannt, der ein teilespezifisches Schmiedeprogramm in der Steuerung aufruft.

FPD arbeitete mit Erie Press zusammen, um Sicherheitsfunktionen zu integrieren, wie z. B. die Verhinderung der Programmausführung, wenn die Barcodes der Werkzeugsätze und Teile nicht mit der Oberfräse übereinstimmen, sowie einen Sicherheitshub, den der Bediener ausführen muss, bevor er in den automatischen Modus übergeht.

„Da wir viele kleine Auflagen produzieren, können wir mehrmals am Tag rüsten, was uns eine enorme Produktionskapazität verschafft“, sagte Speicher.

Mit Hilfe einer 3.000-Tonnen-Presse wie der von Ajax-CECO-Erie Press kann der Stückpreis im Vergleich zu einem Hog-Out-Teil erheblich sinken, da weniger Inputmaterial verwendet wird.Ajax-CECO-Erie Press

Die Steuerung der Hubgeschwindigkeit hat auch dazu beigetragen, die Werkzeuglebensdauer zu verlängern.

„Mit der hydraulischen Servosteuerung kann der Bediener die Hubgeschwindigkeit der Presse weitaus kontrollierter variieren, was die Werkzeugstandzeit verlängert. Unseren internen Statistiken zufolge hat die neue Presse die Werkzeugstandzeit um etwa 50 % verlängert“, sagte Speicher.

Im Vergleich zum herkömmlichen Bearbeitungsansatz ergeben sich auch erhebliche Kosteneinsparungen.

„Abhängig von der Teilegeometrie können wir den Stückpreis normalerweise im Bereich von 30 bis 50 % gegenüber einem Hog-out-Teil [hergestellt aus Stangen, Platten oder Knüppeln] senken. Das liegt daran, dass weniger Ausgangsmaterial verwendet wird – und Titan ist sehr wichtig teuer“, sagte Speicher.

Für Maschinenwerkstätten kann die Erweiterung ihrer bestehenden Bearbeitungskapazitäten durch das fortschrittliche Schmieden von Titanteilen nicht nur zu einer Verbesserung der Produktionsgeschwindigkeit und -kontrolle, sondern auch zu einer erheblichen Senkung der Inputkosten beitragen – was sich wiederum positiv auf das Endergebnis auswirkt.

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Del Williams ist ein technischer Redakteur mit Sitz in Torrance, Kalifornien.