На самом деле эта деталь совсем не выглядит так, будто она сделана из листового металла. Некоторые профили имеют ряд выемок или канавок, благодаря которым деталь выглядит так, как будто она была подвергнута горячей ковке или экструдированию, но это не так. Это профиль, изготовленный методом холодной штамповки на профилегибочном станке, технологии, которую европейские предприятия Welser Profile усовершенствовали и запатентовали в США и других странах. Он подал заявку на свой первый патент в 2007 году.
«Вельзер владеет патентами на утолщение, утончение и холодную формовку канавок в профилях», — сказал Джонсон. «Это не механическая обработка и не термоформование. Очень немногие люди в США делают это или даже пытаются».
Поскольку профилирование — очень развитая технология, многие не ожидают сюрпризов в этой области. В FABTECH® люди улыбаются и качают головами, когда видят чрезвычайно мощные волоконные лазеры, режущие с головокружительной скоростью, или автоматизированные системы гибки, исправляющие несоответствие материалов. При всех достижениях в этих производственных технологиях за последние годы их ожидал приятный сюрприз. Они не ожидали, что профилирование их удивит. Но, как следует из заявления инженеров «покажите мне цветы», профилирование все равно превосходит ожидания.
В 2018 году компания Welser вышла на рынок США, приобретя компанию Superior Roll Forming в Вэлли-Сити, штат Огайо. Джонсон заявил, что этот шаг является стратегическим не только для расширения присутствия Welser в Северной Америке, но и потому, что компания Superior Roll Forming разделяет многие культурные и стратегические взгляды Welser.
Обе компании стремятся завоевать специализированные сегменты рынка холодной прокатки с небольшим количеством конкурентов. Обе организации также работают над удовлетворением потребности отрасли в снижении веса. Детали должны работать больше, быть прочнее и меньше весить.
Superior специализируется на автомобильном секторе; хотя обе компании обслуживают широкий круг клиентов, Welser специализируется на других отраслях, таких как строительство, сельское хозяйство, солнечная энергия и стеллажи. Легкий вес в автомобильной промышленности всегда ориентирован на высокопрочные материалы, что также является преимуществом Superior. Относительно простая геометрия изогнутого профиля остается незамеченной, пока инженеры не увидят прочность изогнутого материала. Лучшие инженеры часто разрабатывают программы обработки деталей с использованием материалов с пределом прочности 1400 или даже 1700 МПа. Это почти 250 KSI. В Европе инженеры Welser Profile также решили проблему легкости, но помимо использования высокопрочных материалов они решили ее еще и с помощью сложной формовки.
Запатентованный процесс холодной штамповки Welser Profile подходит для материалов низкой прочности, но геометрия, создаваемая профилегибочной машиной, помогает снизить вес всей сборки. Геометрия может позволить профилю выполнять несколько функций при уменьшении количества деталей (не говоря уже о деньгах, затраченных на производство). Например, профилированные канавки могут создавать блокирующие соединения, исключающие сварку или крепеж. Либо форма профиля может сделать всю конструкцию более жесткой. Возможно, самое главное, Welser может создавать профили, которые в некоторых местах толще, а в других тоньше, обеспечивая прочность там, где это необходимо, и одновременно снижая общий вес.
Традиционные инженеры и проектировщики следуют десятилетнему правилу технологичности: избегайте малых радиусов, коротких ответвлений, изгибов под углом 90 градусов, глубокой внутренней геометрии и т. д. «Конечно, у нас всегда были тяжелые 90-е», — сказал Джонсон.
Профиль выглядит как экструзия, но на самом деле он изготовлен методом холодной штамповки с помощью Welser Profile.
Конечно, инженеры требуют, чтобы профилегибочные машины нарушали эти правила технологичности, и именно здесь в игру вступают инструментальные и инженерные возможности прокатного цеха. Чем больше инженеры смогут усовершенствовать процесс (создавая более плотную 90-градусную и более глубокую внутреннюю геометрию), минимизируя при этом затраты на инструмент и изменчивость процесса, тем более конкурентоспособной будет машина для профилирования валков.
Но, как объясняет Джонсон, холодная штамповка на прокатном стане – это нечто большее. Этот процесс позволяет получить профили деталей, которые большинство инженеров даже не рассматривают при использовании профилирования. «Представьте себе полосу листового металла, прошедшую процесс прокатки, толщиной около 0,100 дюйма. Мы можем сделать Т-образный паз в центре внизу этого профиля. должны быть подвергнуты горячей прокатке или механической обработке в зависимости от допусков и других требований к деталям, но мы легко можем прокатать такую геометрию».
Детали процесса являются собственностью компании, и Вельзер не раскрывает цветочный узор. Но Джонсон обрисовывает обоснование нескольких процессов.
Рассмотрим сначала операцию тиснения на штамповочном прессе. «Когда вы сжимаете, вы также растягиваете или сжимаете. Таким образом, вы растягиваете материал и перемещаете его в разные области инструмента [поверхности] точно так же, как вы заполняете радиусы инструмента. Но [при профилировании] этот процесс холодной штамповки похож на заполнение радиусов на стероидах».
Холодная обработка укрепляет материал в определенных областях, и это может быть спланировано в интересах проектировщика. Однако профилирующий станок также должен учитывать эти изменения свойств материала. «Можно увидеть значительный прирост производительности, иногда до 30 процентов», — говорит Джонсон, добавляя, что этот прирост должен быть заложен в приложение с самого начала.
Однако холодная штамповка профиля Welser может включать дополнительные операции, такие как сшивание и сварка. Как и при обычном профилировании, прошивку можно выполнять до, во время или после профилирования, но используемые инструменты должны учитывать влияние холодной обработки на протяжении всего процесса.
Холоднокатаный материал на европейском предприятии Welser Profile далеко не так прочен, как прокатанный высокопрочный материал на заводе в Супериоре, штат Огайо. В зависимости от области применения компания может производить материалы холодной штамповки при давлении до 450 МПа. Но дело не только в выборе материала с определенной прочностью на разрыв.
«Вы не можете сделать это с высокопрочными, низколегированными материалами», — сказал Джонсон, добавив: «Мы часто предпочитаем использовать микролегированные материалы, которые помогают предотвратить поломку. Очевидно, что выбор материала является важной частью».
Чтобы проиллюстрировать основы процесса, Джонсон описывает конструкцию телескопической трубки. Одна трубка вставлена внутрь другой и не может вращаться, поэтому каждая трубка имеет ребристую канавку в определенном месте по окружности. Это не просто ребра жесткости с радиусами, они вызывают некоторый вращательный люфт, когда одна трубка входит в другую. Эти трубки с жесткими допусками должны вставляться точно и выдвигаться плавно, с небольшим вращательным люфтом. Кроме того, внешний диаметр наружной трубы должен быть абсолютно одинаковым, без выступов опалубки на внутреннем диаметре. Для этого на этих трубках имеются настоящие канавки, которые на первый взгляд кажутся выдавленными, но это не так. Их производят методом холодной штамповки на профилегибочных машинах.
Для образования канавок раскаточный инструмент утончает материал в определенных точках по окружности трубы. Инженеры разработали процесс так, чтобы они могли точно предсказать поток материала из этих «тонких» канавок к остальной части окружности трубы. Поток материала необходимо точно контролировать, чтобы обеспечить постоянную толщину стенки трубы между этими канавками. Если толщина стенки трубы непостоянна, компоненты не будут правильно размещены.
Процесс холодной штамповки на европейских прокатных заводах Welser Profile позволяет делать одни детали тоньше, другие толще, а канавки располагать в других местах.
Опять же, инженер смотрит на деталь и может подумать, что это экструзия или горячая ковка, и это проблема любой производственной технологии, которая бросает вызов общепринятому мнению. Многие инженеры не рассматривали возможность разработки такой детали, полагая, что ее производство будет слишком дорогим или невозможным. Таким образом, Джонсон и его команда распространяют информацию не только о возможностях этого процесса, но и о преимуществах привлечения инженеров Welser Profile к профилированию на ранних стадиях процесса проектирования.
Инженеры-конструкторы и специалисты по валкам работают вместе над выбором материала, стратегически выбирая толщину и улучшая структуру зерен, частично за счет инструментов, а также за счет того, где именно происходит холодная формовка (т. е. утолщение и утончение) при формировании цветка. полный профиль. Это гораздо более сложная задача, чем простое соединение модульных частей прокатного инструмента (в профиле Welser используются почти исключительно модульные инструменты).
Имея более 2500 сотрудников и более 90 линий профилирования, компания Welser является одной из крупнейших семейных компаний по профилированию профилей в мире, с большим штатом специалистов по инструментам и инженерами, использующими те же инструменты, которые использовались до сих пор. на протяжении многих лет библиотека Die. Профилирование более 22 500 различных профилей.
«В настоящее время у нас на складе имеется более 700 000 [модульных] роликовых инструментов», — сказал Джонсон.
«Строители завода не знали, почему мы запрашивали определенные спецификации, но они соответствовали нашим требованиям», — сказал Джонсон, добавив, что эти «необычные изменения» на заводе помогли Welser улучшить процесс холодной штамповки.
Итак, как долго Вельцер занимается сталелитейным бизнесом? Джонсон улыбнулся. — О, почти всегда. Он шутил лишь наполовину. Основание компании датируется 1664 годом. «Честно говоря, компания занимается сталелитейным бизнесом. Он начинался как литейный завод, начал прокатываться и формоваться в конце 1950-х годов и с тех пор растет».
Семья Вельзер управляет бизнесом на протяжении 11 поколений. «Главным исполнительным директором является Томас Вельзер», — сказал Джонсон. «Его дедушка основал компанию по профилированию, а его отец на самом деле был предпринимателем, который расширил размер и масштабы бизнеса». Сегодня годовой доход во всем мире превышает 700 миллионов долларов.
Джонсон продолжил: «Пока отец Томаса строил компанию в Европе, Томас действительно занимался международными продажами и развитием бизнеса. Он чувствует, что это его поколение, и ему пора вывести компанию на глобальный уровень».
Приобретение Superior было частью этой стратегии, другой частью было внедрение технологии холодной прокатки в США. На момент написания процесс холодной штамповки происходит на европейских предприятиях Welser Profile, откуда компания экспортирует продукцию на мировые рынки. Никаких планов по внедрению этой технологии в США не было объявлено, по крайней мере, пока. Джонсон сообщил, что, как и все остальное, прокатный завод планирует расширять мощности в зависимости от спроса.
Цветочный узор традиционного профиля валков показывает стадии формирования материала по мере его прохождения через станцию прокатки. Поскольку детали процесса холодной штамповки Welser Profile являются запатентованными, он не позволяет создавать цветочные узоры.
Welser Profile и его дочерняя компания Superior предлагают традиционное профилирование, но оба специализируются в областях, где спецификация не требуется. У Superior – это высокопрочный материал, у Welser Profile – погонаж сложной формы, который во многих случаях конкурирует не с другими прокатными станками, а с экструдерами и другим специальным производственным оборудованием.
Фактически, Джонсон сказал, что его команда реализует стратегию экструдирования алюминия. «В начале 1980-х годов алюминиевые компании вышли на рынок и сказали: «Если вы можете об этом мечтать, мы сможем это вытеснить». Они очень хорошо предоставили инженерам выбор. Если вы можете просто мечтать об этом, вы платите небольшую плату за инструменты. Мы можем изготовить его за определенную плату. Это освобождает инженеров, поскольку они могут рисовать буквально все, что угодно. Сейчас мы делаем нечто подобное — только теперь с профилированием.
Тим Хестон — старший редактор журнала FABRICATOR Magazine. Работает в отрасли металлообработки с 1998 года, начав свою карьеру в журнале Welding Magazine Американского общества сварщиков. С тех пор он занимается всем процессом изготовления металлов: от штамповки, гибки и резки до шлифовки и полировки. Присоединился к команде FABRICATOR в октябре 2007 года.
FABRICATOR — ведущий журнал о штамповке и металлообработке в Северной Америке. В журнале публикуются новости, технические статьи и истории успеха, которые позволяют производителям выполнять свою работу более эффективно. FABRICATOR работает в отрасли с 1970 года.
Теперь доступен полный цифровой доступ к The FABRICATOR, обеспечивающий легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Теперь доступен полный цифровой доступ к журналу Tubing Magazine, предоставляющий вам легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Теперь доступен полный цифровой доступ к The Fabricator en Español, обеспечивающий легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
С момента основания Detroit Bus Company в 2011 году Энди Дидороши продолжает работать без перерывов…
Время публикации: 22 августа 2023 г.