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Jun 30, 2023

Maschinenwerkstatt nutzt Schmiedepresse, um die Kosten für Titanteile zu senken

Um komplexe Titanteile kostengünstiger herzustellen, integrieren Maschinenwerkstätten zunehmend fortschrittliche Schmiedeausrüstung, um ihre vorhandenen CNC-Fähigkeiten zu ergänzen und nahezu endgeformte Teile 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.

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.

Die in Pennsylvania ansässige FPD Company, eine Maschinenwerkstatt, die Komponenten für die Luft- und Raumfahrt sowie die Medizin herstellt, investiert in eine kundenspezifische Presse, die eine bessere Kontrolle bei höherer Tonnage ermöglicht.

„Wir wollten unseren Bereich für Schmiedeteile 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 die Kontrolle, Qualität und Zykluszeiten verbessern“, sagte Jeff Speicher, General Manager von FPD.

Partnerschaft mit Schmiedehersteller

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 zu Ajax-CECO-Erie Press gehört, dem größten Schmiedeausrüstungslieferanten in Nordamerika.

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 uns zusammen mit unserer Technik und unseren Werkzeugen, bei der Herstellung von Titanteilen für die Luft- und Raumfahrt- und Medizingeräteindustrie konstant extrem enge Toleranzen einzuhalten. Mit der richtigen Ausrüstung sind die Schmiedeteile äußerst gleichmäßig und wir können endkonturnahe Formen herstellen, die nur minimale oder gar keine Bearbeitung erfordern. Wenn ein Teil eine zusätzliche Bearbeitung für Löcher, Bohrungen und andere sekundäre Merkmale benötigt, können wir das auch tun“, sagte Speicher und fügte hinzu, dass FPD umfangreiche 5-Achsen-CNC-Bearbeitungsdienste vor Ort anbietet.

Präzise Steuerung von Schmiedehub und Kraft

Laut Speicher ist die Schmiedeausrüstung von Erie Press mit einem servohydraulischen System ausgestattet, das eine bessere Kontrolle des Schmiedehubs und der aufgebrachten Kraft ermöglicht. Die Pressensteuerung moduliert die servoproportionalen Speicherauslassventile, um die programmierte Geschwindigkeit unabhängig von der Last aufrechtzuerhalten 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 FPD-Anlagenserver ein Hochgeschwindigkeitsdiagramm oder eine digitale Signatur, die dem Schmiedezyklus jedes Teils entspricht, um historische Aufzeichnungen und Referenzen zu erhalten.

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 dynamische animierte Modelle und Schaltpläne, Live-Trends und Diagramme erreicht. 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 außerhalb des Standorts) 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 Schmiedeprozess führen kann“, sagte Speicher und fügte hinzu, dass das HMI-System des Schmiedepressenherstellers ein virtuelles „digitales“ System sei Zwilling“ der eigentlichen Maschine, während sie funktioniert.

„Die Presse verfügt über Sensoren, die die Stößelposition, die Pumpenleistung und die Ventilpositionen 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“, sagt Speicher.

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“, sagt Speicher.

Für Maschinenwerkstätten kann die Erweiterung ihrer bestehenden Bearbeitungskapazitäten durch das fortschrittliche Schmieden von Titanteilen nicht nur dazu beitragen, die Produktionsgeschwindigkeit und -kontrolle zu verbessern, sondern auch die Inputkosten deutlich zu senken – was alles zu einer Steigerung des Geschäftsergebnisses führt.

Mikroprozessorbasierte Steuerung für eine Werkzeugmaschine, die die Erstellung oder Änderung von Teilen ermöglicht. Eine programmierte numerische Steuerung aktiviert die Servos und Spindelantriebe der Maschine und steuert die verschiedenen Bearbeitungsvorgänge. Siehe DNC, direkte numerische Steuerung; NC, numerische Steuerung.