Reflexionen über eine perfekt symmetrische Ellipse

Während viele Projekte von BR Sculpture das Gießen umfassen, übernimmt das Unternehmen auch einiges an Fertigungsarbeiten. Wie jeder Hersteller steht Brett Richards, Inhaber von BR, gelegentlich vor einem gewaltigen Herstellungsproblem wie diesem, nämlich der Herstellung eines perfekt symmetrischen Rahmens für einen Spiegel.

Ein kurzer Rundgang durch BR Sculpture in Chicago zeigt, dass es alles andere als eine typische Manufaktur ist. Während Hersteller in der Regel Bleche und Platten aus Kohlenstoffstahl schneiden, biegen und verbinden, werden bei BR üblicherweise Metalle wie Siliziumbronze oder Eisen verwendet. Während Hersteller in der Regel Rohre biegen, Bleche stanzen oder Unterbaugruppen für Automobil-, Maschinen- oder Luft- und Raumfahrtanwendungen zusammenschweißen, gießt BRSculpture wahrscheinlich ein künstlerisches Stück für einen Bildhauer oder stellt einen Vintage-Artikel für ein Filmset her. Fertigungsbetriebe stellen gerne erfahrene Verarbeiter mit guten mechanischen Fähigkeiten ein; Jeder bei BR hat entweder einen Master- oder Bachelor-Abschluss in Bildender Kunst. Und während Hersteller auf die finanzielle Sicherheit langfristiger Verträge und hoher Produktmengen Wert legen, genießt BR selten einen solchen Luxus. Bei den meisten seiner Projekte handelt es sich um Einzelanfertigungen oder Kleinserien, deren Zahl in die Dutzende geht.

Trotz der vielen Unterschiede hat BR Sculpture einiges mit einer typischen Fertigungswerkstatt gemeinsam. Die meisten Arbeiten von BR umfassen Fügen – viele Bewerber müssen eine Schweißprüfung bestehen – und Biegen, da ein großer Teil der Arbeit des Unternehmens für einzigartige Möbel-, Geräte- und Wohndekoranwendungen bestimmt ist. Und wie bei jedem Hersteller ist es darauf angewiesen, über die richtige Ausrüstung zu verfügen, um die Arbeit erledigen zu können. BRSculpture ähnelt Fertigungsbetrieben in einer anderen Hinsicht: Gelegentlich stößt man auf ein scheinbar kleines Fertigungsproblem, das sich jedoch als großes Fertigungsproblem herausstellt.

Brett Richards, der Gründer von BR Sculpture, begann seine Karriere nicht in einem Kunstatelier. Tatsächlich begann er in der Fertigung. Nach seinem Bachelor-Abschluss in Bildender Kunst am Art Institute of Chicago nahm er eine Stelle als Fabrikant in einer Produktionswerkstatt an, um seinen Lebensunterhalt zu verdienen. Er sehnte sich nach mehr Abwechslung als der angebotene Job, also fand er Nebenjobs, Casting-Arbeiten und andere Projekte.

Es dauerte nicht lange, bis er seinen Job kündigte, eine 800 Quadratmeter große Fläche mietete und sein eigenes Unternehmen mit Gießereiarbeiten und ein wenig Fertigung gründete. Es hatte nur zwei Angestellte, Richards und einen Schweißer. Sie gossen Gegenstände für andere Künstler und fertigten architektonische und strukturelle Projekte wie Handläufe und Briefkastenständer. Die Arbeitsbelastung wuchs schnell und schon bald zog Richards an einen 5.000 Quadratmeter großen Standort, und das Unternehmen wuchs auf 14 Mitarbeiter. Innerhalb von zwei Jahren zog es an seinen jetzigen Standort um, ein 20.000 Quadratmeter großes Gebäude. Einrichtung.

Da Gießen und Konfektionieren zwei völlig unterschiedliche Prozesse sind, gibt es bei BR zwei Arbeitsweisen. Bei Gussteilen wird ein Originalstück zur Herstellung der Form verwendet. Bei der Fertigung setzt das Unternehmen auf technische Drucke. Natürlich reicht ein Abdruck nicht aus. Tatsächlich ist das erst der Anfang. Der nächste Schritt besteht darin, herauszufinden, wie das Teil am besten hergestellt werden kann. Und manchmal ist das der Beginn einer langen Suche nach dem richtigen Gerät.

Ein solches Projekt umfasste einen großen, dekorativen Spiegel. Der BR-Teil des Projekts umfasste die Herstellung des Spiegelrahmens, der aus drei Komponenten besteht: einem Stück schwerem, hochglanzpoliertem Blech, das die Rückseite des Rahmens bildet; ein kleiner Stahlblock mit einem gebohrten Loch, der als Aufhänger dient; und eine elliptische Umrandung aus rundem Stabmaterial. Von den drei Komponenten war die elliptische Umrandung die größte Herausforderung.

Richards ging davon aus, dass er ein paar tausend Dollar für eine einfache manuelle Biegemaschine ausgeben würde.

Der Rahmen besteht aus einer Länge von 6063 T5 extrudiertem Aluminium. Materialunterstützung und ausreichend Platz waren zwei Faktoren, die bei der Wahl von BR für Bender eine Rolle spielten. Obwohl das Material stark ist, ist es flexibel und erfordert Unterstützung, um ein Durchhängen und Verdrehen während des Biegevorgangs zu verhindern. Außerdem benötigen lange Werkstücke viel Ein- und Auslaufraum. Viele Dreiwalzenbiegemaschinen sind so gebaut, dass die Mittelachsen der Walzen horizontal sind und das Biegen in der vertikalen Ebene erfolgt. Diese eignen sich gut für kurze oder lange Stücke mit sanften Biegungen. Lange Gegenstände mit komplexen Biegungen können jedoch schwierig zu handhaben sein. Bei der Fütterung nach oben kann es schwierig sein, sie manuell abzustützen; Außerdem neigen dünnwandige Abschnitte dazu, unter ihrem Eigengewicht zusammenzubrechen. Beim Ausfüttern nach unten kann es passieren, dass ihnen der Platz ausgeht und sie auf den Boden krachen.

BR benötigte eine Biegemaschine mit oben liegenden Walzen und vertikalen Mittelachsen, damit die Biegung in der horizontalen Ebene erfolgen konnte. Durch diese Anordnung wäre es einfach, das Werkstück manuell oder mit Ständern abzustützen.

Eine zweite Herausforderung, die wichtiger war als die Probleme mit der Unterstützung und dem Platzbedarf, betraf die Abmessungen des fertigen Teils. Genauigkeit und Wiederholbarkeit waren von größter Bedeutung. Während einige Biegeanwendungen einen gewissen Spielraum bei den Abmessungen tolerieren können, insbesondere wenn das Teil irgendwann nicht mehr sichtbar ist, erfordern dekorative oder ästhetische Anwendungen wie diese enge Toleranzen.

Wesentliche Probleme beim Walzenbiegen sind Platz und Unterstützung. Lange Werkstücke können je nach Biegung viel Platz für die Ein- und Ausfuhr benötigen. Wenn eine Dreiwalzenbiegemaschine mit oben liegenden Rollen verwendet wird, befindet sich dieser Raum links oder rechts von der Biegemaschine und das Werkstück kann entweder manuell oder mit Ständern leicht abgestützt werden.

Schließlich wollte BR einen Bieger, der einfach zu programmieren ist.

Richards schaute sich mehrere Biegemaschinen an und schickte mehrere Teststücke zum Biegen, hatte jedoch Schwierigkeiten, eine Maschine zu finden, die die elliptische Form mit der von ihm benötigten Präzision formen konnte. Seine Suche, die einige Monate dauerte, endete auf einer Messe.

„Ich habe am Stand eines Anbieters auf der FABTECH eine Ellipse [aus Rohren geformt] gesehen“, sagte Richards und bezog sich dabei auf die jährliche FABTECH® Intl. & AWS-Schweißmesse. Dieser Anbieter war die Profilbiegetechnik AG und die Maschine war eine PBT25®.

Es schien gut zu passen. Auf den ersten Blick konnte Richards erkennen, dass es zwei seiner Kriterien erfüllte. Erstens weist es vertikale Rollen und Biegungen in der horizontalen Ebene auf. Zweitens wusste Richards, dass es mit einer Ellipse umgehen konnte. Da blieben nur noch zwei Fragen offen: Konnte es seine Ellipse präzise machen und wäre es einfach zu programmieren? Es stellte sich heraus, dass diese Fragen einfacher zu beantworten waren, als Richards dachte. Der Verkäufer, Boschert Precision Machinery Inc., hatte seinen Sitz in der Nähe von Milwaukee, nur 100 Meilen von Richards' Geschäft in Chicago entfernt.

Richards und seine Crew machten sich auf den Weg nach Milwaukee, um den Biegefehler zu beurteilen. Sie waren erfreut zu erfahren, dass das Programmieren des Benders nicht allzu schwierig sein würde, als die Reise nach Milwaukee zu einem Crashkurs in Programmierung wurde. Innerhalb weniger Stunden programmierten sie Ellipsen. Richards fand bald die Antwort auf die letzte Frage. Die X-Achsengenauigkeit der Maschine beträgt 1/100 mm, was sich als genau genug für die Herstellung des Spiegelrahmens erwies.

Obwohl diese spezielle Ellipse als eine Reihe von neun unterschiedlichen Biegungen programmiert ist, muss die Software sie in etwas viel Anspruchsvolleres umwandeln: eine glatte Form ohne ausgeprägte Biegungen. Mit anderen Worten: Das fertige Produkt ist eine Kurve mit einem sich ständig ändernden Radius. Das Halbzeug muss zwei Schenkel oder Tropfen haben, da es physikalisch unmöglich ist, eine Materiallänge bis zum Ende des Werkstücks zu rollen.

Um diese spezielle Ellipse herzustellen, führt ein Bediener das Werkstück in die Maschine ein und leitet die Biegesequenz ein. Die Maschine übernimmt und zieht das Teil ein und nimmt im Verlauf der Biegung die erforderlichen Anpassungen an der Rollenposition vor. Der Bieger versucht nicht, die Form in einem einzigen Durchgang zu formen; Vielmehr bewegt es den Schaft in einer langen Reihe kleiner, inkrementeller Biegungen hin und her.

„Für die Herstellung dieses Teils sind etwa 90 Durchgänge erforderlich“, sagte Richards. Wenn das Teil zu etwa 75 Prozent fertig ist, pausiert die Biegemaschine. Der Bediener zeichnet eine Linie auf das Teil neben der Mittelachse der mittleren Biegerolle, nimmt das Teil aus der Maschine, bringt es zu einer Bandsäge und schneidet das erste Bein ab.

„Andernfalls würden die beiden Beine kollidieren, wenn der Bieger das Teil fertigstellt“, erklärte Richards. Anschließend bringt der Bediener das Teil zur Biegemaschine zurück, richtet die geritzte Markierung auf die Mittelrolle aus und gibt den Befehl für die Biegemaschine ein, mit dem Biegen fortzufahren.

Als es fertig ist, entlädt er die Maschine und kehrt zur Säge zurück, um das zweite Bein abzuschneiden. Anschließend verbindet einer der Schweißer den Rahmen mit der Rückseite und befestigt den Kleiderbügel. Nach einigen Reinigungs- und Polierarbeiten wird der Rahmen verpackt und an den Kunden versendet.

Während BR mit der Leistung des Biegers am Rahmen zufrieden ist, kann der Bieger noch ein paar weitere Dinge tun. Die Mitarbeiter von BR haben beispielsweise herausgefunden, dass sie mit der Biegevorrichtung geringfügige Änderungen an einem gebogenen Teil vornehmen können. „Wir können jederzeit ein Teil wieder in die Maschine einsetzen, um den Radius zu verkleinern“, erklärte Richards. „Wir können dies bei Bedarf tun, um den Spalt dort zu verringern, wo die beiden Enden zusammentreffen. Dadurch verringert sich der Schweißaufwand, der zur Fertigstellung des Teils erforderlich ist.“

Es eignet sich auch zum Biegen von quadratischen und rechteckigen Rohren. Bei diesen Formen müssen die Rollen im Allgemeinen ziemlich weit voneinander entfernt sein, um ein Kräuseln zu verhindern. Die Maschine kann auf einen maximalen Rollenabstand von 40 Zoll eingestellt werden. Da sich die Maschine zudem in der horizontalen Ebene biegt, sind die integrierten Werkstückauflagen der Maschine praktisch. Der Bediener kann die Stützen hoch oder niedrig einstellen, um verdrehtes Material zu begradigen oder gerades Material zu verdrehen, also eine 3D-Spirale zu biegen. Obwohl BR für keine aktuellen Projekte Spiralen erstellen muss, verfügt es über die nötige Kapazität, falls es erforderlich sein sollte. Schließlich hat es eine praktische Größe. Da es mit 47 x 56 Zoll kompakt ist, nimmt es nicht viel Platz ein. Der Transport ist kein großes Problem – es wiegt 525 Pfund.

Die Suche nach der richtigen Maschine nahm viel Zeit in Anspruch und war eine größere Investition als Richards erwartet hatte, aber am Ende hat es sich gelohnt. Das Ergebnis, ein perfekt symmetrischer Rahmen, spiegelt sowohl BR Sculpture als auch den Spiegelhersteller gut wider.