チタンのコスト削減に向けた鍛造の推進

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を最大 50% 削減することもできます。

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、ペンシルベニアに本拠を置き、航空宇宙および医療部品を製造する機械工場である FPD 社は、より高いトン数でより優れた制御が可能な新しいカスタム プレスに投資しました。

「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、サイクルタイムです」とFPDのゼネラルマネージャー、ジェフ・スパイチャー氏は述べています。

生産目標を達成するために、FPD は機械式鍛造プレスおよび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。 1895 年に設立された Erie Press 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。

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 は設計要件につい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。適切な設備を使用すれば、鍛造品は非常に安定しており、ニアネットの生産が可能です。」 「加工が最小限またはまったく必要ない形状です。部品の穴、ボア、またはその他の二次的な機能に追加の加工が必要な場合は、それも行うことができます」と Speicher 氏は説明し、FPD が現場で広範な 5 軸 CNC 加工サービスを提供していると付け加えました。

シュパイヒャー氏によると、エリープレスの鍛造装置は、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備えて設計されているという。 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。 シュパイチャー氏は、サーボ油圧システムにより、これらのパラメーターを定義する際に非常に高い分解能が可能になると述べました。 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 0.25 mm [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) により、オペレータ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することができます。 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、および図によって実現されます。 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) 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」であると述べました。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装備されており、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。 」とシュパイヒャー氏は語った。

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 技術文書とマシン上の各コンポーネントの回路図が検索可能で、必要に応じてすぐに表示できます。

Erie Press 鍛造装置の自動化により、オペレーターは 10 分以内に熱間金型を交換できます。 鍛造品の切り替えは完全に手作業で行われ、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ー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。

FPD によれば、ストローク速度を制御することも工具寿命を延ばすのに役立ちます。 「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より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れば、新しいプレスにより工具寿命が約 50% 延長されました。」と Speicher 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、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、通常、単価を 30 ～ 50 パーセントの範囲で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、チタンは非常に高価です。高価です」とシュパイヒャー氏は説明した。

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で、生産速度と制御が向上するだけでなく、投入コストも大幅に削減できるとパートナーは主張しており、これらすべてが収益を押し上げます。

Ajax-CECO-Erie Press の詳細については、www.AjaxErie.com にアクセスするか、814-455-3941 までお電話ください。 FPD Co. の詳細については、www.fpdcompany.com をご覧いただくか、724-731-2137 までお電話ください。

私達と接続