Faktum är att den här delen inte alls ser ut att vara gjord av plåt. Vissa profiler har en serie skåror eller spår som får delen att se ut som om den var varmsmidd eller extruderad, men så är inte fallet. Detta är en profil tillverkad med en kallformningsprocess på en rullformningsmaskin, en teknik som Welser Profiles europeiska företag har fulländat och patenterat i USA och andra länder. Han ansökte om sitt första patent 2007.
"Welser har patent för förtjockning, förtunning och kallformning av spår i profiler," sa Johnson. "Det är inte bearbetning, det är inte termoformning. Väldigt få människor i USA gör det, eller ens försöker.”
Eftersom profilering är en mycket mogen teknik förväntar sig många inte att få se överraskningar inom detta område. På FABTECH® ler och skakar människor på huvudet när de ser extremt kraftfulla fiberlasrar skära i rasande hastighet eller automatiserade böjsystem som korrigerar materialfel. Med alla framsteg inom dessa tillverkningstekniker under de senaste åren, förväntade de sig en trevlig överraskning. De förväntade sig inte att rullformning skulle överraska dem. Men som ingenjörernas "visa mig blommor" uttalande antyder, överträffar profileringen fortfarande förväntningarna.
2018 gick Welser in på den amerikanska marknaden med förvärvet av Superior Roll Forming i Valley City, Ohio. Johnson sa att flytten är strategisk, inte bara för att utöka Welsers närvaro i Nordamerika, utan också för att Superior Roll Forming delar många av Welsers kulturella och strategiska visioner.
Båda företagen siktar på att erövra specialiserade områden på kallvalsmarknaden med få konkurrenter. Båda organisationerna arbetar också för att möta branschens behov av lättare vikt. Delar behöver göra mer, vara starkare och väga mindre.
Superior fokuserar på fordonssektorn; medan båda företagen servar ett brett spektrum av kunder fokuserar Welser på andra branscher som bygg, lantbruk, solenergi och hyllor. Låg vikt inom fordonsindustrin har alltid fokuserat på höghållfasta material, vilket också är en fördel med Superior. Den relativt enkla geometrin hos en böjd profil går obemärkt förbi tills ingenjörer ser styrkan i det böjda materialet. Överlägsna ingenjörer utvecklar ofta delprogram med material med en draghållfasthet på 1400 eller till och med 1700 MPa. Det är nästan 250 KSI. I Europa tog Welser Profile-ingenjörer även upp frågan om lätthet, men förutom att använda höghållfasta material tog de även upp det med komplex formning.
Welser Profiles patenterade kallformningsprocess är lämplig för material med låg hållfasthet, men geometrin som skapas av rullformningsmaskinen hjälper till att minska vikten av hela monteringen. Geometrin kan tillåta profilen att utföra flera funktioner samtidigt som den minskar antalet delar (för att inte tala om pengarna som spenderas på produktion). Till exempel kan profilerade spår skapa sammankopplade anslutningar som eliminerar svetsning eller fästelement. Eller formen på profilen kan göra hela strukturen styvare. Det kanske viktigaste är att Welser kan skapa profiler som är tjockare på vissa ställen och tunnare på andra, vilket ger styrka där det behövs samtidigt som den minskar totalvikten.
Traditionella formningsingenjörer och designers följer en decennielång bearbetbarhetsregel: undvik små radier, korta grenar, 90-gradersböjar, djupa inre geometrier, etc. "Visst har vi alltid haft ett tufft 90-tal", sa Johnson.
Profilen ser ut som en extrudering, men den är faktiskt kallformad av Welser Profile.
Naturligtvis kräver ingenjörer att rullformningsmaskiner bryter mot dessa regler för tillverkningsbarhet, och det är här rullverkstadens verktygs- och ingenjörsförmåga spelar in. Ju ytterligare ingenjörer kan avancera processen (forma tätare 90 grader, djupare inre geometrier) samtidigt som verktygskostnader och processvariabilitet minimeras, desto mer konkurrenskraftig kommer en rullformningsmaskin att vara.
Men som Johnson förklarar är kallformning i ett valsverk mycket mer än så. Denna process låter dig få delprofiler som de flesta ingenjörer inte ens skulle överväga att använda profilering. ”Föreställ dig en remsa av plåt som har gått igenom valsningsprocessen, kanske 0,100 tum tjock. Vi kan göra en T-spår längst ner i mitten av denna profil. måste varmvalsas eller bearbetas beroende på toleranser och andra delkrav, men vi kan enkelt valsa den här geometrin."
Detaljerna bakom processen är företagets egendom och Welser avslöjar inte blommönstret. Men Johnson beskriver skälen till flera processer.
Låt oss först överväga präglingsoperationen på en stämplingspress. ”När du komprimerar sträcker du eller komprimerar du också. Så du sträcker materialet och flyttar det till olika områden av verktyget [ytan], precis som du fyller i radier på ett verktyg. Men [i profilering] Denna kallformningsprocess] är som att fylla radier på steroider.”
Kallbearbetning stärker materialet i vissa områden, detta kan konstrueras till konstruktörens fördel. Profileringsmaskinen måste dock även ta hänsyn till dessa förändringar i materialegenskaper. "Du kan se en betydande ökning av prestanda, ibland upp till 30 procent", säger Johnson och tillägger att denna ökning borde vara inbyggd i applikationen från allra första början.
Dock kan kallformningen av Welser Profile innebära ytterligare operationer som sömmar och svetsning. Precis som med konventionell profilering kan piercing göras före, under eller efter profilering, men de verktyg som används måste ta hänsyn till effekterna av kallbearbetning under hela processen.
Det kallformade materialet på Welser Profiles europeiska anläggning är inte i närheten av lika starkt som det valsade höghållfasta materialet vid dess anläggning i Superior, Ohio. Beroende på applikation kan företaget producera kallformningsmaterial vid tryck upp till 450 MPa. Men det handlar inte bara om att välja ett material med en viss draghållfasthet.
"Du kan inte göra det med höghållfasta, låglegerade material," sa Johnson och tillade, "Vi gillar ofta att använda mikrolegerade material, som hjälper till att förhindra brott. Naturligtvis är materialval en viktig del.”
För att illustrera grunderna i processen beskriver Johnson utformningen av teleskopröret. Det ena röret sätts in i det andra och kan inte rotera, så varje rör har ett räfflat spår på en specifik plats runt omkretsen. Dessa är inte bara förstyvningar med radier, de orsakar ett visst rotationsspel när ett rör går in i ett annat. Dessa snäva toleransrör måste sättas in och dras in smidigt med litet rotationsspel. Dessutom måste ytterrörets ytterdiameter vara exakt densamma, utan formutsprång på innerdiametern. För detta ändamål har dessa rör riktiga spår som vid första anblicken ser ut att vara extruderade, men det är de inte. De tillverkas genom kallformning på rullformningsmaskiner.
För att bilda spår tunnar rullverktyget ut materialet på specifika punkter längs rörets omkrets. Ingenjörerna utformade processen så att de exakt kunde förutsäga materialflödet från dessa "tunna" spår till resten av rörets omkrets. Materialflödet måste kontrolleras noggrant för att säkerställa en konstant rörväggstjocklek mellan dessa spår. Om rörets väggtjocklek inte är konstant kommer komponenterna inte att kapsla ordentligt.
Kallformningsprocessen vid Welser Profiles europeiska valsformningsanläggningar gör att vissa delar kan göras tunnare, andra tjockare och spåren placeras på andra ställen.
Återigen, en ingenjör tittar på en del och kanske tror att det är extrudering eller varmsmidning, och det är ett problem med all tillverkningsteknik som trotsar konventionell visdom. Många ingenjörer övervägde inte att utveckla en sådan del, eftersom de trodde att det skulle vara för dyrt eller omöjligt att tillverka. På så sätt sprider Johnson och hans team ordet inte bara om processens möjligheter, utan också om fördelarna med att få Welser Profile-ingenjörer involverade i profilering tidigt i designprocessen.
Design- och rullingenjörer arbetar tillsammans med materialval, strategiskt val av tjocklek och förbättring av kornstrukturen, delvis driven av verktyg, och exakt där kallformning (dvs. förtjockning och gallring) sker i blombildning. fullständig profil. Detta är en mycket mer komplex uppgift än att bara koppla ihop de modulära delarna av ett rullverktyg (Welser-profilen använder nästan uteslutande modulära verktyg).
Med över 2 500 anställda och över 90 rullformningslinjer är Welser ett av de största familjeägda rullformningsföretagen i världen, med en stor personalstyrka dedikerad till verktyg och ingenjörer som använder samma verktyg som har använts hittills. under många år Die bibliotek. Profilerar över 22 500 olika profiler.
"Vi har för närvarande över 700 000 [modulära] rullverktyg i lager," sa Johnson.
"Anläggningsbyggarna visste inte varför vi bad om vissa specifikationer, men de uppfyllde våra krav," sa Johnson och tillade att dessa "ovanliga justeringar" på fabriken hjälpte Welser att förbättra sin kallformningsprocess.
Så, hur länge har Welzer varit i stålbranschen? Johnson log. "Åh, nästan alltid." Han skämtade bara till hälften. Grunden för företaget går tillbaka till 1664. "Ärligt talat, företaget är i stålbranschen. Det började som ett gjuteri och började rulla och formas i slutet av 1950-talet och har växt sedan dess.”
Familjen Welser har drivit verksamheten i 11 generationer. "Den verkställande direktören är Thomas Welser," sa Johnson. "Hans farfar startade ett profileringsföretag och hans far var faktiskt en entreprenör som utökade verksamhetens storlek och omfattning." Idag överstiger den årliga inkomsten världen över 700 miljoner dollar.
Johnson fortsatte, "Medan Thomas far byggde företaget i Europa var Thomas verkligen intresserad av internationell försäljning och affärsutveckling. Han känner att det här är hans generation och det är dags för honom att ta företaget globalt.”
Förvärvet av Superior var en del av denna strategi, den andra delen var introduktionen av kallvalsteknik till USA. I skrivande stund sker kallformningsprocessen vid Welser Profiles europeiska anläggningar, varifrån företaget exporterar produkter till globala marknader. Inga planer på att ta med tekniken till USA har tillkännagivits, åtminstone inte ännu. Johnson sa att, liksom allt annat, planerar valsverket att utöka kapaciteten baserat på efterfrågan.
Blommönstret för den traditionella valsprofilen visar stadierna av materialbildning när den passerar genom valsningsstationen. Eftersom detaljerna bakom Welser Profiles kallformningsprocess är patentskyddade producerar den inte blommönster.
Welser Profile och dess dotterbolag Superior erbjuder traditionell profilering, men båda är specialiserade inom områden där specifikation inte krävs. För Superior är detta ett höghållfast material, för Welser Profile är formen en komplex form som i många fall inte konkurrerar med andra valsmaskiner, utan med extruders och annan speciell produktionsutrustning.
Faktum är att Johnson sa att hans team driver en aluminiumextruderstrategi. "I början av 1980-talet kom aluminiumföretagen in på marknaden och sa: "Om du kan drömma om det, kan vi pressa ut det." De var väldigt bra på att ge ingenjörerna alternativ. Om du bara kan drömma om det, betalar du en liten avgift för verktyget. Vi kan producera den mot en avgift. Detta frigör ingenjörer eftersom de bokstavligen kan rita vad som helst. Nu gör vi något liknande – först nu med profilering.
Tim Heston är Senior Editor för FABRICATOR Magazine och har varit i metalltillverkningsindustrin sedan 1998, och startade sin karriär med American Welding Society's Welding Magazine. Sedan dess har han skött hela processen med metalltillverkning, från stansning, bockning och skärning till slipning och polering. Blev med i The FABRICATOR i oktober 2007.
FABRICATOR är den ledande tidningen för stämpling och metalltillverkning i Nordamerika. Tidningen publicerar nyheter, tekniska artiklar och framgångshistorier som gör det möjligt för tillverkare att göra sitt jobb mer effektivt. FABRICATOR har varit i branschen sedan 1970.
Fullständig digital tillgång till FABRICATOR är nu tillgänglig, vilket ger enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
Fullständig digital tillgång till Tubing Magazine är nu tillgänglig, vilket ger dig enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
Fullständig digital tillgång till The Fabricator en Español är nu tillgänglig, vilket ger enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
Sedan grundandet av Detroit Bus Company 2011 har Andy Didoroshi fortsatt att verka utan avbrott...
Posttid: 2023-august