Eine neue Definition von Präzision beim Blechwalzen

Chicago Metal Rolled Products verfügt an seinen Standorten in Chicago und Kansas City, Missouri, über 11 Plattenwalz- und Blechwalzmaschinen. Dieses 2 x 87 Zoll große Platte zu einer 10-Fuß-Platte gerollt. Ein Ring mit Abschrägungen an beiden Enden und Heftschweißung ist ein Beispiel für die Arbeit, die er leistet. Bilder: Chicago Metal Rolled Products

„Ich halte mich für ziemlich jung“, sagte Ken Pecho, technischer Betriebsingenieur bei Chicago Metal Rolled Products (CMRP). Mit seinen 37 Jahren hat er nicht unrecht, doch in den Augen vieler Metallbauer könnte er als ergrauter Veteran der Baustahlherstellung gelten.

Er beschäftigt sich seit etwa 15 Jahren mit der Formung von Blech- und Baustahlträgern, Rohren, Kanälen und Winkeln, was ihm viel Zeit gibt, sich mit den sich ändernden Anforderungen langjähriger Kunden in der Bau- und Konstruktionsindustrie und den anspruchsvollen Anforderungen neuer Kunden auseinanderzusetzen Fertigungssegmente. Die Vorlaufzeiten für Projekte sind kürzer geworden. Kunden haben größere und mutigere Visionen für ihre Projekte. Materialien entwickeln sich weiter und die Arbeit mit ihnen wird immer schwieriger.

Aber das CMRP-Team lässt sich nicht einschüchtern. Das 1908 gegründete Unternehmen hat sich den Ruf erarbeitet, Ergebnisse zu liefern, wenn andere sich nicht einmal mit der Schwierigkeit herumschlagen wollen. CMRP ist in der Lage, runde, rechteckige und quadratische Rohre mit einem Außendurchmesser von 3/8 bis 24 Zoll zu formen. Stangen bis zu 36 x 12 Zoll; Balken bis zu 44 Zoll auf die harte Tour (gegen die starke Achse); Platte bis zu 2 Zoll dick, 12 Fuß breit und 30 Fuß lang; und andere Strukturformen wie Winkel und Kanäle. Eine solche Erfahrung stärkt das Selbstvertrauen. Außergewöhnliche Aufgaben anzunehmen und die Grenzen der Kompetenzen zu erweitern, ist für die CMRP-Crew mittlerweile zur täglichen Gewohnheit geworden.

CMRP hat sich in der Baustahlindustrie einen Namen durch die Formung schwerer Bauteile gemacht und ist bei hochkarätigen Projekten kein Unbekannter. Im Jahr 2020 kümmerte sich das Unternehmen beispielsweise um die Formung von gebogenem Hohlbaustahl, der für die Herstellung von doppelten 864 Fuß langen Vordächern verwendet wurde, die Teil der Revitalisierung des Hartsfield-Jackson Atlanta International Airport waren, und rollte auch viele der 1.500 Teile davon gebogener Breitflanschstahl, gefunden in einem 166.000 Quadratfuß großen. Kreuzfahrtschiffanlage in der Nähe von Miami. (Die Fertigungsarbeiten für den Flughafen Atlanta wurden von der Industry Designers Society of America mit dem International Design Excellence Award 2020 ausgezeichnet.) Dies sind nur einige der Projekte, die Modern Steel Construction des American Institute of Steel Construction regelmäßig auf seinen Seiten vorstellt.

CMRP unterhält eine enge Zusammenarbeit mit dem AISC, dem Dachverband für Stahlbaunormen in den USA. Das Unternehmen ist Mitglied im Bender Roller Committee des Verbandes, das Ratschläge und Einblicke in die Fertigungstoleranzen und Spezifikationen gibt, die im Code of Standard Practice des AISC enthalten sind Stahlgebäude und Brücken. (Zum Bender Roller Committee gehören auch Maschinenhersteller wie DAVI.)

Das Lustige ist, dass viele Architekten ihre eigenen Vorstellungen von Toleranzen und Spezifikationen haben. Für CMRP ist es mittlerweile üblich, bei Anfragen zusammenzuarbeiten, bei denen eine massive Fertigung – beispielsweise ein Rohr mit einer Länge von 60 Fuß und einem Durchmesser von 20 Zoll – mit einer Toleranz von 1/8 Zoll spezifiziert ist.

„Natürlich ist das Toleranzproblem umso größer, je größer das Strukturelement ist. Aber es ist immer noch üblich, solche Anforderungen wie 1/8 Zoll zu sehen“, sagte Pecho.

Aber die Präzisionsherausforderung endet hier nicht. Wie jedes Unternehmen hat CMRP in den letzten Jahren sein Geschäft diversifiziert, um eine zu enge Verknüpfung mit einem oder zwei Branchensegmenten zu vermeiden. Diese Kundendiversifizierungsbemühungen haben dazu geführt, dass CMRP neue Geschäfte in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Landwirtschaft und Energieentwicklung gewinnen konnte. Es hat auch zu einigen neuen Produktionsherausforderungen geführt.

„Wenn wir in diese neuen Bereiche vordringen, sehen wir Toleranzanforderungen von +/- 1/16 oder 1/32. Das stellt uns vor eine Herausforderung, während wir daran arbeiten, diese engeren Toleranzen zu erreichen“, sagte Pecho.

Denken Sie an die Arbeit, die CMRP für einen großen Hersteller landwirtschaftlicher Geräte geleistet hat. Der Kunde verlangt, dass seine Hochleistungsteile strengen Design- und Qualitätsspezifikationen entsprechen, weil die Landwirte, die die Ausrüstung kaufen, ein luxuriöses Auto-Aussehen mit Robustheit und Langlebigkeit für landwirtschaftliche Nutzfahrzeuge erwarten. Mit dem hohen Preis für diese Produkte gehen große Erwartungen einher.

Wie viel Präzision ist bei der Arbeit mit Blech erforderlich? CMRP formte 68.000 Pfund. aus 2 Zoll dicken und 16 Zoll tiefen Plattenwangen, um die spiralförmige Form der Treppe im Drexel University Integrated Sciences Building in Philadelphia zu schaffen. Die Stahlbleche wurden auf eine Länge von 4 Fuß und 4 Zoll gewalzt. Innenradius mit einer Steigung von 33,25 Grad für die Innentreppenwangen und wurden auf 9 Fuß gerollt. Innenradius mit einer Steigung von 16,92 Grad für die äußeren Treppenwangen.

Pecho sagte, dies sei kürzlich nach Hause gefahren worden, als er an Rohrarmen vorbeiging, die als Stütze für den Löffel eines Baggerladers dienten.

„Ich ging an dem Bediener vorbei, der diese Teile herstellte, und sagte: „Wow, ich kann nicht einmal sagen, wo die Biegung beginnt.“ In diesem Rohr gibt es keine Verformung. „Es ist absolut perfekt“, erinnert er sich. „Es hat mich irgendwie umgehauen, weil ich seit 15 Jahren mit Chicago Metal zusammenarbeite und viel gesehen habe.“ Aber das war Qualitätsarbeit.“

Für CMRP war es ein langer Weg, Präzisionsteile liefern zu können, egal ob übergroß oder einfach nur groß. Erfahrung spielt eine große Rolle, aber auch Kommunikation und Technologie haben geholfen.

Nicht bei allen Aufgaben müssen andere Aspekte der Werkstatt zusammengeführt werden, aber wenn etwas Herausforderndes in der Werkstatt ansteht, ist es an der Zeit, dass CMRP das Team zusammenbringt, einschließlich Vertretern aus den Bereichen Einkauf, Design, Fertigung und Qualität.

Wenn der Projektumfang groß genug ist, beispielsweise 300 Teile, kann die Einkaufsabteilung möglicherweise zum Walzwerk gehen und ihre Kaufkraft entfalten, indem sie Metall aus derselben Charge und von derselben Spule anfordert. Dies trägt dazu bei, die Konsistenz des Materials etwas zu kontrollieren, wodurch Schwankungen während der Materialverarbeitung vermieden werden sollten. Das Umformen von großem und dickem Material ist schon eine Herausforderung, aber der Umgang mit Material, das von Werkstück zu Werkstück unterschiedlich reagiert, macht diese schwierige Aufgabe noch schwieriger.

Teammitglieder müssen ein ehrliches Gespräch mit Ingenieuren und Programmierern führen, um herauszufinden, wie die Teile am besten geformt werden, welche Ausrüstung verwendet werden soll und möglicherweise der beste Bediener für die Aufgabe ist. (Einige Maschinentechniker haben eine Affinität zu bestimmten Geräten. Dies kann sich besonders bei erfahrenen Bedienern bemerkbar machen, die ältere Geräte lieber mit Joysticks als Steuerschnittstelle bedienen, statt neuere Umformgeräte mit Touchscreen-Steuerung.) In manchen Fällen sind auch Programmierer dazu in der Lage Simulationen durchzuführen, um zu sehen, wie das geformte Teil zustande kommen könnte und ob Bedenken bestehen, die ausgeräumt werden müssen.

CMRP zitierte einen hypothetischen Auftrag mit 150 bis 200 gebogenen Trägern. Das sind viele ähnliche Formulare, die bei manueller Ausführung sehr zeitaufwändig sein können. Daher bietet das Planungstreffen die Gelegenheit, die Frage zu stellen: Sind in der Werkstatt Kapazitäten vorhanden, um dies in Angriff zu nehmen, oder ist eine Vereinbarung erforderlich? Solche Diskussionen haben zu aggressiven Investitionen in neue Technologien geführt. Für dieses hypothetische Szenario könnte eine kleine DAVI-Winkelwalzenmaschine sinnvoll sein. Es bietet nicht nur die Konsistenz, um gebogene Formen zu liefern, die den Spezifikationen entsprechen, sondern auch den Durchsatz, um die Arbeit termingerecht zu erledigen.

Beamte des CMRP-Unternehmens wiesen darauf hin, dass die von ihm erbrachten Fertigungsarbeiten nur geringe Margen aufweisen. Das bedeutet, dass Arbeitsplätze für 100 bis 200 US-Dollar verloren gehen. Auch die Materialpreise unterliegen einem ständigen Wandel. Aus diesem Grund hat sich das Unternehmen dazu verpflichtet, in Investitionsgüter zu investieren, die ihm dabei helfen, Teile termin- und budgetgerecht herzustellen.

Pecho fügte hinzu, dass eine Vorabplanung die Möglichkeit biete, darüber zu sprechen, wie Qualitätserwartungen gemanagt werden. Was benötigt der Kunde und welche Schritte wird CMRP unternehmen, um diese Erwartungen zu erfüllen? Die daraus resultierenden Qualitätskontrollen können so einfach sein wie Messkontrollen oder die tatsächliche Herstellung von Go/No-Go-Vorrichtungen, die die Form qualifizieren.

Diese Art der Frühintervention ist ein Markenzeichen des CMRP-Geschäfts. Das Unternehmen drängt schon seit langem auf eine frühzeitige Einbindung in Stahlbauprojekte.

CMRP kann Platten auch zu Kegeln rollen. Dieses Kegelbeispiel ist 2 Zoll groß. Teller zu einem Kegel mit 20 Zoll gerollt. kleiner Radius und ein 30-Zoll. Hauptradius.

„Je früher wir diese Gespräche mit diesen Leuten beginnen, desto effizienter und billiger werden die Engpässe“, sagte Pecho. „Was wir nicht wollen, ist, dass das Gebäude gemäß den Bauzeichnungen zu etwa 98 % fertiggestellt ist, und plötzlich entdecken wir etwas und fragen uns: ‚Wie machen wir das?‘ oder ‚Das ist nicht möglich.‘“

Diese letzte Aussage ist die wirklich kostspielige. Das gesamte Projekt kann ins Stocken geraten, bis jemand eine alternative Methode findet, um die Vision des Architekten umzusetzen. Es kommt beispielsweise häufig vor, dass ein Kunde verlangt, dass ein sehr großes Strukturelement einfach zu eng gebogen wird.

Wenn ein Metallbauer frühzeitig eingebunden wird, kann er einen Entwurf entwickeln, der viel praktikabler – und erschwinglicher – ist. Kann ein sehr anspruchsvolles, großes Formteil durch zwei einfacher formbare Teile ersetzt werden, die zusammengefügt werden können, um die gleiche Stützfunktion zu erfüllen? Können Stützbalken so gestaltet werden, dass die Arbeit mehreren Metallbauern überlassen wird, anstatt nur einer Handvoll, die über Spezialausrüstung und -fähigkeiten verfügen? Was kann getan werden, um eine enge Biegung und die daraus resultierende Verformung in einem Hohlprofil zu vermeiden? Wenn diese Fragen frühzeitig beantwortet werden, können Überraschungen und Verzögerungen minimiert werden, was dazu beiträgt, dass ein Projekt im Zeit- und Budgetrahmen bleibt. Planung zahlt sich aus.

Ein Hersteller wie CMRP mit umfassender Biege- und Umformerfahrung verfügt über die Werkzeuge, um komplexe Designs Wirklichkeit werden zu lassen und einfache Aufgaben effizienter zu gestalten. Um dies zu veranschaulichen, beschrieb Pecho den Denkprozess, einen Auftrag anzunehmen, bei dem es um die Formung eines sehr anspruchsvollen Materials geht – einer abriebfesten (AR) Platte.

AR-Platten haben eine unglaubliche Streckgrenze. (Pecho beschrieb einen der ersten Momente, in denen er beobachtete, wie AR-Platten mit einer Streckgrenze von 140.000 PSI geformt wurden, als „seltsam“. Als das Material aus der Rolle kam, sah es leicht aus, es könnte anfangen, sich zu krümmen und ein „C“ zu bilden. aber es richtete sich wieder auf. Seine inhärenten Rückfederungseigenschaften widersetzten sich dem Druck dieser Blechwalzmaschine der frühen Generation. Dies führt zu Fragen im Zusammenhang mit der Geometrie und dem Radius des Teils und der Frage, wie viel Presskraft erforderlich sein wird, um die endgültige Walze zu erreichen .

„Wenn wir zu extreme Geometrien und zu enge Radien sehen, empfehlen wir, das Material auf einer Abkantpresse höckerförmig zu formen. Darin zeichnet sich Chicago Metal wirklich aus“, sagte Pecho.

Für gewalzte Formen aus AR-Platten oder anderen Materialien, die nicht den extremen Anforderungen entsprechen, kann eine Plattenwalzmaschine mit variabler Achse die Arbeit bewältigen. Da wird es interessant. Obwohl die Abkantpresse und die Plattenwalze mit variabler Geometrie sehr unterschiedlich aussehen, haben sie etwas gemeinsam: Beide verarbeiten schwer zu formendes Material auf die gleiche Weise.

Betreiber beider Geräte wollen den Radius möglichst früh in das Material einbringen. Bei einer Abkantpresse liegt das Material über einer V-Matrize und ein Stößel wird in das Material getrieben, um die Form zu erzeugen. Bei einer Plattenwalzmaschine mit variabler Geometrie wird die obere Walze in das Material getrieben, das auf zwei unteren Walzen sitzt, die sich tatsächlich zu den Seiten bewegen können, wodurch die Wirkung einer Abkantpresse mit variabler V-Öffnung nachgebildet wird. Unterschiedliche Geräte werden durch einige der gleichen Formungsprinzipien beeinflusst. Hier hilft die Umformerfahrung eines Bedieners dabei, nützliche Umformtechnologie in effektive und produktive Werkzeugmaschinen umzuwandeln.

„Das ist es, was Ihnen die CNC-Ausrüstung bietet: Quantität und Wiederholgenauigkeit“, sagte Pecho. „Sie sorgen dafür, dass die Dinge bei Aufträgen mit hohem Volumen und bei wiederholbaren Aufträgen konsistent bleiben.“

CMRP beschäftigt sich weiterhin mit neuen Technologien und neuen Wegen zur Formung von Strukturelementen und Grobblech. Eine der interessanteren jüngsten Investitionen war eine Induktionsbiegemaschine, die bis zu 12 Zoll verarbeiten kann. Rohr. Es schien eine einfache Möglichkeit zu sein, das Wasser zu testen, bevor man sich ganz auf die Arbeit mit Wärmeinduktion einlässt. Das ist eine große Sache für ein Unternehmen, das sich die meiste Zeit seines Bestehens auf das Kaltbiegen konzentriert hat.

Wenn Ihre Werkstatt diejenige ist, die wegen komplexer Umformarbeiten nach allen anderen anruft, ist es sinnvoll, mit den neuesten Technologiewerkzeugen der Branche vertraut zu sein.