Tatsächlich sieht dieses Teil überhaupt nicht so aus, als wäre es aus Blech. Einige Profile weisen eine Reihe von Kerben oder Rillen auf, die dem Teil den Eindruck erwecken, es sei heißgeschmiedet oder extrudiert worden. Dies ist jedoch nicht der Fall. Dabei handelt es sich um ein Profil, das im Kaltumformverfahren auf einer Rollformmaschine hergestellt wird, eine Technologie, die die europäischen Unternehmen von Welser Profile in den USA und anderen Ländern perfektioniert und patentiert haben. Sein erstes Patent meldete er 2007 an.
„Welser hält Patente für die Verdickung, Verdünnung und Kaltformung von Rillen in Profilen“, sagte Johnson. „Es ist keine maschinelle Bearbeitung, es ist kein Thermoformen. Nur sehr wenige Menschen in den USA tun es oder versuchen es überhaupt.“
Da es sich bei der Profilerstellung um eine sehr ausgereifte Technologie handelt, erwarten viele in diesem Bereich keine Überraschungen. Bei FABTECH® lächeln und schütteln die Menschen den Kopf, wenn sie extrem leistungsstarke Faserlaser sehen, die mit rasender Geschwindigkeit schneiden oder automatisierte Biegesysteme, die Materialfehlstellungen korrigieren. Bei all den Fortschritten in diesen Fertigungstechnologien in den letzten Jahren erwarteten sie eine angenehme Überraschung. Sie hatten nicht damit gerechnet, dass das Rollformen sie überraschen würde. Aber wie die „Zeig mir Blumen“-Aussage der Ingenieure andeutet, übertrifft die Profilerstellung immer noch die Erwartungen.
Im Jahr 2018 betrat Welser mit der Übernahme von Superior Roll Forming in Valley City, Ohio, den US-Markt. Johnson sagte, der Schritt sei von strategischer Bedeutung, nicht nur um die Präsenz von Welser in Nordamerika auszubauen, sondern auch, weil Superior Roll Forming viele kulturelle und strategische Visionen von Welser teile.
Ziel beider Unternehmen ist es, mit wenigen Wettbewerbern Spezialbereiche des Kaltwalzmarktes zu erobern. Beide Organisationen arbeiten auch daran, dem Bedarf der Industrie an geringerem Gewicht gerecht zu werden. Teile müssen mehr leisten, stärker sein und weniger wiegen.
Superior konzentriert sich auf den Automobilsektor; Während beide Unternehmen ein breites Kundenspektrum bedienen, konzentriert sich Welser auf andere Branchen wie Bauwesen, Landwirtschaft, Solar und Regale. Der Leichtbau in der Automobilindustrie setzt seit jeher auf hochfeste Materialien, was auch ein Vorteil von Superior ist. Die relativ einfache Geometrie eines gebogenen Profils bleibt unbemerkt, bis Ingenieure die Festigkeit des gebogenen Materials erkennen. Spitzeningenieure entwickeln Teileprogramme häufig mit Materialien mit einer Zugfestigkeit von 1400 oder sogar 1700 MPa. Das sind fast 250 KSI. Auch in Europa beschäftigten sich die Ingenieure von Welser Profile mit dem Thema Leichtigkeit, setzten aber neben der Verwendung hochfester Materialien auch aufwendige Formgebungen an.
Das patentierte Kaltumformverfahren von Welser Profile eignet sich für Materialien mit geringer Festigkeit, die durch die Rollformmaschine erzeugte Geometrie trägt jedoch dazu bei, das Gewicht der gesamten Baugruppe zu reduzieren. Durch die Geometrie kann das Profil mehrere Funktionen erfüllen und gleichzeitig die Anzahl der Teile reduzieren (ganz zu schweigen von den Produktionskosten). Profilierte Nuten können beispielsweise formschlüssige Verbindungen schaffen, die Schweißen oder Befestigungselemente überflüssig machen. Oder die Form des Profils kann die gesamte Struktur steifer machen. Am wichtigsten ist vielleicht, dass Welser Profile herstellen kann, die an einigen Stellen dicker und an anderen dünner sind und so für Festigkeit sorgen, wo sie benötigt wird, und gleichzeitig das Gesamtgewicht reduzieren.
Traditionelle Formgebungsingenieure und Designer befolgen eine jahrzehntelange Verarbeitbarkeitsregel: Vermeiden Sie kleine Radien, kurze Abzweigungen, 90-Grad-Biegungen, tiefe Innengeometrien usw. „Natürlich hatten wir immer harte 90er“, sagte Johnson.
Das Profil sieht aus wie ein Strangpressprofil, wird aber tatsächlich von Welser Profile kaltgeformt.
Natürlich fordern Ingenieure, dass Rollformmaschinen diese Regeln der Herstellbarkeit brechen, und hier kommen die Werkzeug- und Konstruktionsfähigkeiten der Rollwerkstatt ins Spiel. Je weiter Ingenieure den Prozess vorantreiben können (dichtere 90-Grad- und tiefere Innengeometrien formen) und gleichzeitig Werkzeugkosten und Prozessvariabilität minimieren, desto wettbewerbsfähiger wird eine Profiliermaschine sein.
Aber wie Johnson erklärt, ist die Kaltumformung in einem Walzwerk viel mehr als das. Mit diesem Verfahren können Sie Teileprofile erstellen, die die meisten Ingenieure mit der Profilerstellung nicht einmal in Betracht ziehen würden. „Stellen Sie sich einen Blechstreifen vor, der den Walzprozess durchlaufen hat, vielleicht 0,100 Zoll dick. In der unteren Mitte dieses Profils können wir eine T-Nut anbringen. muss je nach Toleranzen und anderen Teileanforderungen warmgewalzt oder bearbeitet werden, aber wir können diese Geometrie problemlos walzen.“
Die Details hinter dem Prozess sind Eigentum des Unternehmens und Welser gibt das Blumenmuster nicht bekannt. Aber Johnson skizziert die Gründe für mehrere Prozesse.
Betrachten wir zunächst den Prägevorgang auf einer Prägepresse. „Wenn Sie komprimieren, dehnen oder komprimieren Sie auch. Sie dehnen also das Material und verschieben es in verschiedene Bereiche des Werkzeugs [Oberfläche], genau wie Sie Radien auf einem Werkzeug ausfüllen. Aber [bei der Profilierung] ähnelt dieser Kaltumformprozess dem Füllen von Radien bei Steroiden.“
Durch Kaltverformung wird das Material in bestimmten Bereichen gestärkt. Dies kann zum Vorteil des Designers erfolgen. Allerdings muss die Profiliermaschine auch diese Veränderungen der Materialeigenschaften berücksichtigen. „Man kann eine deutliche Leistungssteigerung feststellen, teilweise bis zu 30 Prozent“, sagt Johnson und fügt hinzu, dass diese Steigerung von Anfang an in die Anwendung eingebaut werden sollte.
Die Kaltumformung des Welser-Profils kann jedoch zusätzliche Vorgänge wie Nähen und Schweißen erfordern. Wie beim herkömmlichen Profilieren kann das Lochen vor, während oder nach dem Profilieren erfolgen, die verwendeten Werkzeuge müssen jedoch die Auswirkungen der Kaltumformung während des gesamten Prozesses berücksichtigen.
Das kaltgeformte Material im europäischen Werk von Welser Profile ist bei weitem nicht so stark wie das gewalzte hochfeste Material im Werk in Superior, Ohio. Je nach Anwendung kann das Unternehmen Kaltumformmaterial mit Drücken von bis zu 450 MPa herstellen. Es geht aber nicht nur darum, ein Material mit einer bestimmten Zugfestigkeit zu wählen.
„Mit hochfesten, niedriglegierten Materialien ist das nicht möglich“, sagte Johnson und fügte hinzu: „Wir verwenden oft gerne mikrolegierte Materialien, die dabei helfen, Brüche zu verhindern.“ Natürlich ist die Materialauswahl ein wichtiger Teil.“
Um die Grundlagen des Prozesses zu veranschaulichen, beschreibt Johnson den Aufbau des Teleskoprohrs. Da ein Rohr in das andere gesteckt wird und sich nicht drehen kann, weist jedes Rohr an einer bestimmten Stelle am Umfang eine gerippte Nut auf. Hierbei handelt es sich nicht nur um Versteifungen mit Radien, sie verursachen auch ein gewisses Rotationsspiel, wenn ein Rohr in ein anderes eintritt. Diese Rohre mit engen Toleranzen müssen präzise und reibungslos mit geringem Drehspiel eingeführt und zurückgezogen werden. Darüber hinaus muss der Außendurchmesser des Außenrohres exakt gleich sein, ohne Schalungsüberstände am Innendurchmesser. Zu diesem Zweck verfügen diese Rohre über echte Rillen, die auf den ersten Blick wie extrudiert wirken, es aber nicht sind. Sie werden durch Kaltumformung auf Rollformmaschinen hergestellt.
Um Rillen zu formen, verdünnt das Walzwerkzeug das Material an bestimmten Stellen entlang des Rohrumfangs. Die Ingenieure konzipierten den Prozess so, dass sie den Materialfluss von diesen „dünnen“ Rillen zum restlichen Rohrumfang genau vorhersagen konnten. Um eine konstante Rohrwandstärke zwischen diesen Nuten zu gewährleisten, muss der Materialfluss präzise gesteuert werden. Wenn die Rohrwandstärke nicht konstant ist, können die Komponenten nicht richtig verschachtelt werden.
Der Kaltumformprozess in den europäischen Rollformwerken von Welser Profile ermöglicht es, einige Teile dünner, andere dicker zu machen und die Rillen an anderen Stellen zu platzieren.
Auch hier betrachtet ein Ingenieur ein Teil und könnte denken, es handele sich um Strangpressen oder Warmschmieden, und das ist ein Problem bei jeder Fertigungstechnologie, die sich der herkömmlichen Meinung widersetzt. Viele Ingenieure dachten nicht daran, ein solches Teil zu entwickeln, weil sie glaubten, dass die Herstellung zu teuer oder unmöglich sei. Auf diese Weise verbreiten Johnson und sein Team nicht nur die Möglichkeiten des Prozesses, sondern auch die Vorteile, die es mit sich bringt, die Ingenieure von Welser Profile frühzeitig in den Designprozess einzubeziehen.
Konstruktions- und Walzeningenieure arbeiten bei der Materialauswahl, der strategischen Auswahl der Dicke und der Verbesserung der Kornstruktur zusammen, teilweise gesteuert durch die Werkzeuge, und genau dort, wo bei der Blütenbildung die Kaltumformung (dh Verdickung und Ausdünnung) stattfindet. Komplettes Profil. Dies ist eine viel komplexere Aufgabe als das bloße Verbinden der modularen Teile eines Walzwerkzeugs (das Welser-Profil verwendet fast ausschließlich modulare Werkzeuge).
Mit über 2.500 Mitarbeitern und über 90 Rollformlinien ist Welser eines der größten familiengeführten Rollformunternehmen der Welt, mit einer großen Belegschaft, die sich mit Werkzeugen beschäftigt, und Ingenieuren, die die gleichen Werkzeuge verwenden, die bisher verwendet wurden. seit vielen Jahren Die Bibliothek. Profilierung von über 22.500 verschiedenen Profilen.
„Wir haben derzeit über 700.000 [modulare] Rollenwerkzeuge auf Lager“, sagte Johnson.
„Die Anlagenbauer wussten nicht, warum wir nach bestimmten Spezifikationen fragten, aber sie erfüllten unsere Anforderungen“, sagte Johnson und fügte hinzu, dass diese „ungewöhnlichen Anpassungen“ im Werk Welser dabei halfen, seinen Kaltumformprozess zu verbessern.
Wie lange ist Welzer also schon im Stahlgeschäft? Johnson lächelte. „Oh, fast immer.“ Er machte nur einen halben Scherz. Die Gründung des Unternehmens geht auf das Jahr 1664 zurück. „Ehrlich gesagt ist das Unternehmen im Stahlgeschäft tätig. Es begann als Gießerei und begann Ende der 1950er Jahre mit dem Walzen und Formen und ist seitdem gewachsen.“
Die Familie Welser führt den Betrieb bereits seit 11 Generationen. „Der Vorstandsvorsitzende ist Thomas Welser“, sagte Johnson. „Sein Großvater gründete ein Profiling-Unternehmen und sein Vater war eigentlich ein Unternehmer, der die Größe und den Umfang des Unternehmens erweiterte.“ Heute übersteigt das jährliche Einkommen weltweit 700 Millionen US-Dollar.
Johnson fuhr fort: „Während Thomas‘ Vater das Unternehmen in Europa aufbaute, beschäftigte sich Thomas vor allem mit internationalem Vertrieb und Geschäftsentwicklung. Er hat das Gefühl, dass dies seine Generation ist und es für ihn an der Zeit ist, das Unternehmen global zu positionieren.“
Die Übernahme von Superior war Teil dieser Strategie, der andere Teil war die Einführung der Kaltwalztechnologie in den USA. Zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels findet der Kaltumformprozess in den europäischen Werken von Welser Profile statt, von wo aus das Unternehmen Produkte in globale Märkte exportiert. Es wurden keine Pläne angekündigt, die Technologie in die USA zu bringen, zumindest noch nicht. Johnson sagte, dass das Walzwerk, wie alles andere auch, plant, die Kapazität entsprechend der Nachfrage zu erweitern.
Das florale Muster des traditionellen Walzenprofils zeigt die Stadien der Materialbildung beim Durchlauf durch die Walzstation. Da die Details des Kaltumformverfahrens von Welser Profile urheberrechtlich geschützt sind, entstehen keine Blumenmuster.
Welser Profile und seine Tochtergesellschaft Superior bieten traditionelle Profilierung an, sind jedoch beide auf Bereiche spezialisiert, in denen keine Spezifikation erforderlich ist. Für Superior handelt es sich um ein hochfestes Material, für Welser Profile ist das Formteil eine komplexe Form, die in vielen Fällen nicht mit anderen Walzmaschinen, sondern mit Extrudern und anderen speziellen Produktionsanlagen konkurriert.
Tatsächlich sagte Johnson, sein Team verfolge eine Aluminium-Extruder-Strategie. „In den frühen 1980er Jahren kamen die Aluminiumunternehmen auf den Markt und sagten: ‚Wenn Sie davon träumen können, können wir es verdrängen.‘ Sie waren sehr gut darin, den Ingenieuren Optionen aufzuzeigen. Wenn Sie nur davon träumen können, zahlen Sie eine kleine Gebühr für die Werkzeuge. Wir können es gegen eine Gebühr produzieren. Dies entlastet die Ingenieure, da sie buchstäblich alles zeichnen können. Jetzt machen wir etwas Ähnliches – nur jetzt mit Profiling.
Tim Heston ist Chefredakteur des FABRICATOR Magazine und seit 1998 in der Metallverarbeitungsbranche tätig. Seine Karriere begann beim Welding Magazine der American Welding Society. Seitdem betreut er den gesamten Prozess der Metallherstellung, vom Stanzen, Biegen und Schneiden bis hin zum Schleifen und Polieren. Seit Oktober 2007 bei The FABRICATOR.
FABRICATOR ist das führende Magazin für Stanz- und Metallverarbeitung in Nordamerika. Das Magazin veröffentlicht Neuigkeiten, technische Artikel und Erfolgsgeschichten, die es Herstellern ermöglichen, ihre Arbeit effizienter zu erledigen. FABRICATOR ist seit 1970 in der Branche tätig.
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Seit der Gründung der Detroit Bus Company im Jahr 2011 hat Andy Didoroshi seinen Betrieb ohne Unterbrechung weitergeführt …
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 22. August 2023