機械工場は鍛造プレスを利用してチタン部品のコストを削減

精通した機械工場は、高精度のチタン部品を低コストで大量に製造するために、高度な鍛造設備を追加しています。

複雑なチタン部品をよりコスト効率よく製造するために、機械工場では既存の CNC 機能を補完する高度な鍛造装置を導入することが増えており、最小限の機械加工のみを必要とするニアネットシェイプ部品を作成しています。場合によっては、鍛造プロセスが非常に精密であるため、追加の機械加工が必要ありません。

機械工場のレパートリーに鍛造を含めることには大きな利点があります。最近の油圧鍛造プレスの制御と自動化の進歩により、精密チタン部品を非常に厳しい公差で比較的大量に鍛造できるようになりました。鍛造により、チタンの投入コストも 50% も大幅に削減されます。

ただし、チタンを正確な仕様に合わせて鍛造するには、機械工場では生産パラメータを非常に厳密に制御した適切な設備が必要です。幸いなことに、油圧プレスの設計、制御、自動化の進歩により、コンポーネントの品質、生産、価格の最適化が図られています。

大型で複雑なチタン部品をコスト効率よく製造するため、ペンシルバニア州に本拠を置き、航空宇宙および医療部品を製造する機械工場である FPD Company は、より高いトン数でより優れた制御が可能な独自の新しいカスタムプレスへの投資を決定しました。

「私たちは鍛造部品の範囲を拡大したいと考えていました。そのためには、チタン部品用に、より高度な制御を備えた大型のプレス機が必要でした。当社にはすでに 2,500 トンのプレス機がありましたが、これはチタンとしては比較的小型です。同時に、改善する必要がありました。制御、品質、サイクルタイム」とFPDゼネラルマネージャーのJeff Speicher氏は述べています。

生産目標を達成するために、FPD は、1895 年以来機械式鍛造プレスと個別に設計された油圧プレスのメーカーである Erie Press Systems と提携しました。同社は現在、北米最大の鍛造装置サプライヤーである Ajax-CECO-Erie Press の一部です。

Ajax-CECO-Erie Press のような 3,000 トンプレスは、コンポーネントの品質、生産、価格の最適化に役立つ油圧プレスの設計、制御、自動化を備えています。Ajax-CECO-Erie Press

システムの設計、エンジニアリング、構築は Erie Press が行いましたが、FPD は設計要件に関して重要な情報を提供しました。その結果、完全に制御され、プログラム可能な速度と負荷プロファイルで全行程にわたって 3,000 トンを生産できるカスタマイズされた高速油圧プレスが完成しました。

「カスタムプレスと当社のエンジニアリングおよび工具のおかげで、航空宇宙産業や医療機器産業向けのチタン部品を作成する際に、非常に厳しい公差を一貫して保持することができます」とシュパイチャー氏は述べています。「適切な設備があれば、鍛造品の品質は非常に安定しており、機械加工を最小限またはまったく必要としないニアネットシェイプを製造できます。部品の穴、ボア、その他の二次的な機能に追加の機械加工が必要な場合は、それも行うことができます。」

最近の油圧鍛造プレスの制御と自動化の進歩により、精密チタン部品を非常に厳しい公差で比較的大量に鍛造できるようになりました。Ajax-CECO-Erie Press

Speicher 氏によると、Erie Press の鍛造装置は、鍛造ストロークと加えられる力をより適切に制御できる独自のサーボ油圧システムを使用して設計されています。

プレス制御はサーボ比例アキュムレータの排出バルブを調整して、負荷に関係なくプログラムされた速度を維持し、一貫した鍛造パフォーマンスを保証します。この構成により、機械的に調整されたアキュムレータの吐出量構成では不可能な広い速度範囲にわたって部品を鍛造する柔軟性が得られます。

一部の部品の形状では、チタンの変形速度により、成形プロセス全体を通じて可変速度プロファイルが必要になる場合があります。変形率を変更することで、FPD はダイの寿命を向上させると同時に、ストロークの後半でダイキャビティのウェブとコーナーを埋めることでより詳細なディテールを作成できるようになります。

Speicher 氏によると、サーボ油圧システムにより、これらのパラメーターを非常に高い解像度で定義できるようになります。さらに、プレス位置コントローラーは、履歴記録と参照のために、各部品の鍛造サイクルに対応する高速プロットまたはデジタル署名を (FPD のプラントサーバーに) 公開します。

FPD は、プレスを制御して、特定の力または事前定義されたトン数制限で部品を叩くようにすることもできます。さらに、プレスは 0.01 インチ未満の位置精度内でプログラムされた位置までストロークできます。

Erie Press のヒューマンマシンインターフェイス (HMI) を使用すると、オペレーターは印刷機がどのように機能するかを確認し、どのように動作すべきかを予測できます。これは、動的なアニメーションモデルと回路図、ライブトレンドと図によって実現されます。

Ajax-CECO-Erie Press は、ユーザーフレンドリーなグラフィックベースの HMI を設計に組み込んでおり、オペレーターが何が起こっているかを監視できるため、トラブルシューティングを成功させ、機器を迅速にオンラインに戻すことができます。Ajax-CECO-Erie Press

HMIは、さまざまなプロセスの状態をオペレータに実機や表示パネルのような形でグラフィカルに表示するソフトウェアです。情報には、PC、ラップトップ、またはスマートフォンを介してローカル (機械側) またはリモート (工場内またはオフサイト) からアクセスできます。

「Erie Press は、非常にユーザーフレンドリーなグラフィックベースの HMI を設計に組み込んでおり、鍛造プロセスに不慣れな人でも段階的に説明できるようにしています」と Speicher 氏は述べ、鍛造プレスメーカーの HMI システムは仮想的な「デジタル」であると付け加えました。実機の機能をそのまま再現します。

「プレスにはラムの位置、ポンプの出力、バルブの位置などを監視するセンサーがあり、これらすべてのパラメータはプレスのデジタル表示で監視されます。HMI を使用すると、オペレータは機械がどのように動作しているかをリアルタイムで確認できます。。」

また、HMI は、オペレータが何が起こっているかを監視し、トラブルシューティングを成功させ、必要に応じて機器を迅速にオンラインに戻すのに十分な洞察を得るのに役立ちます。

たとえば、オペレータは、トップレベルのアニメーション回路図からすばやく「ドリルダウン」して、バルブやポンプなどの特定のコンポーネントの性能を確認し、部品番号や配線方式に関する情報を見つけることができます。

最新の PDF 技術文書やマシン上の各コンポーネントの回路図も検索可能で、必要に応じてすぐに表示できます。

Erie Press の鍛造装置には自動化が組み込まれており、オペレーターは 10 分以内に熱間金型を交換できます。鍛造切り替えは完全に手動で行われ、HMI への入力のみが必要です。チタンビレットとワークピースは電気炉で予熱され、工具はオフラインで予熱されます。

オペレータは安全のためインターロックゲートシステムの背後で作業し、ジョイスティックを使用して金型をプレスに移し、プレスは油圧で所定の位置に固定されます。生産ルーターでバーコードがスキャンされ、コントローラー内の部品固有の鍛造プログラムが呼び出されます。

FPD は Erie Press と協力して、ツールセットや部品のバーコードがルータと一致しない場合にプログラムの実行を防止する機能や、自動モードに進む前にオペレータが実行する必要がある安全ストロークなどの安全機能を組み込みました。

「当社は短納期を多く生産しているため、1 日に複数回セットアップすることができ、これにより膨大な生産能力が得られます」と Speicher 氏は述べています。

Ajax-CECO-Erie Press のような 3,000 トンプレスを使用すると、投入材料が少なくなるため、大量生産品に比べて単価が大幅に下がる可能性があります。Ajax-CECO-Erie Press

ストローク速度の制御も工具寿命の延長に貢献します。

「油圧サーボ制御を使用すると、オペレータはプレスのストローク速度をはるかに詳細に制御できるため、工具寿命が延長されます。当社の内部統計によると、新しいプレスにより工具寿命が約 50% 延長されました」とシュパイヒャー氏は述べています。

また、従来の機械加工アプローチと比較して大幅なコスト削減も可能です。

「部品の形状にもよりますが、通常、（バー、プレート、またはビレットから機械加工された）ホッグアウト部品に比べて、単価を 30% ～ 50% 下げることができます。これは、使用する材料が少なくなるためであり、チタンは非常にコストがかかります。」高価だ」とシュパイヒャー氏は語った。

機械工場にとって、既存の機械加工能力にチタン部品の高度な鍛造を追加することは、生産速度と制御の向上に役立つだけでなく、投入コストを大幅に削減することができ、すべてが収益を押し上げます。

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Del Williams は、カリフォルニア州トーランスを拠点とするテクニカルライターです。