Fortschritte bei der Senkung der Titankosten

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.

Die Aufnahme des Schmiedens in das Repertoire einer Maschinenwerkstatt bietet erhebliche Vorteile. 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 können auch die Kosten für den Einsatz von Titan um bis zu 50 Prozent gesenkt werden.

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 kostengünstig herzustellen, investierte die in Pennsylvania ansässige FPD Co., eine Maschinenwerkstatt, die Komponenten für die Luft- und Raumfahrt sowie die Medizin herstellt, in eine neue kundenspezifische Presse, die eine bessere Kontrolle bei höherer Tonnage bietet.

„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, Geschäftsführer von FPD.

Um seine Produktionsziele zu erreichen, ging FPD eine Partnerschaft mit Erie Press Systems ein, einem Hersteller von mechanischen Schmiedepressen und individuell entwickelten hydraulischen Pressen. Erie Press wurde 1895 gegründet und ist heute Teil des größten Schmiedeausrüstungslieferanten in Nordamerika: 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 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 oder andere sekundäre Merkmale benötigt, können wir das auch tun“, erklärte Speicher und fügte hinzu, dass FPD umfassende 5-Achsen-CNC-Bearbeitungsdienste vor Ort anbietet.

Die Schmiedeausrüstung von Erie Press ist mit einem einzigartigen Servohydrauliksystem ausgestattet, das eine bessere Kontrolle des Schmiedehubs und der aufgebrachten Kraft ermöglicht, so Speicher. 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. Speicher sagte, dass das Servohydrauliksystem eine extrem hohe Auflösung bei der Definition dieser Parameter ermögliche. 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 mit einer Positionsgenauigkeit von weniger als 0,01" [0,25 mm] zu einer programmierten Position fahren.

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 extern) über einen PC, Laptop oder ein 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 wies darauf hin, dass das HMI-System des Schmiedepressenherstellers ein virtuelles „Digitales“ ist „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“, sagte 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 durchsuchbar und können bei Bedarf schnell angezeigt werden.

Die Automatisierung der Schmiedeausrüstung von Erie Press ermöglicht es dem Bediener, heiße Gesenke in weniger als zehn Minuten auszutauschen. Eine Schmiedeumstellung 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.

Laut FPD kann die Steuerung der Hubgeschwindigkeit auch dazu beitragen, die Werkzeuglebensdauer zu verlängern. „Mit der hydraulischen Servosteuerung kann der Bediener die Hubgeschwindigkeit der Presse weitaus kontrollierter variieren, was die Werkzeuglebensdauer verlängert. Laut unserer internen Statistik hat die neue Presse die Standzeit der Werkzeuge um etwa 50 Prozent verlängert“, sagte Speicher.

Im Vergleich zum herkömmlichen Bearbeitungsansatz ergeben sich auch erhebliche Kosteneinsparungen. „Abhängig von der Teilegeometrie können wir den Stückpreis normalerweise um 30 bis 50 Prozent gegenüber einem aus Stangen, Platten oder Knüppeln gefertigten Hog-out-Teil senken. Das liegt daran, dass weniger Ausgangsmaterial verwendet wird – und Titan ist sehr teuer“, erklärt Speicher.

Für Maschinenwerkstätten könne die Erweiterung ihrer bestehenden Bearbeitungskapazitäten durch die Erweiterung der bestehenden Bearbeitungskapazitäten um das Schmieden von Titanteilen die Produktionsgeschwindigkeit und -kontrolle verbessern sowie die Inputkosten erheblich senken – was alles zu einer Steigerung des Geschäftsergebnisses führe.

Weitere Informationen zu Ajax-CECO-Erie Press finden Sie unter www.AjaxErie.com oder telefonisch unter 814-455-3941. Für Informationen zu FPD Co. besuchen Sie www.fpdcompany.com oder rufen Sie 724-731-2137 an.

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