Brancheneinblicke zur effizienten Lochherstellung in Metallplatten: Laser, Plasma oder Bohren

H&H Metals findet bei seinen CO2-Lasermaschinen Effizienzvorteile, da sie verschiedene Lochgrößen und -formen sowie die Schnittgenauigkeit problemlos ändern können. H&H Metalle.

Es gibt mehr als eine Möglichkeit, eine Katze zu häuten, heißt es. Abgesehen von der gruseligen Optik könnte der Ausdruck nicht passender für das Bohren von Löchern in Strukturmetall sein. Um nicht das Offensichtliche zu sagen, es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, ein Loch in eine Platte zu bohren. Hersteller haben viele praktikable Wege, um dorthin zu gelangen: Hüttenarbeiter, Bohrmaschinen, Stanzpressen sowie Plasma-, Laser- und Wasserstrahlschneider. Bei der Entscheidung, welchen Weg man einschlägt, kommt es in der Regel darauf an, welcher das Loch am effizientesten bohrt.

Drei Hersteller – SCW Contracting Corp., H&H Metals und Ultratech Tool and Design – teilten ihre bevorzugten Ansätze zur Bohrungsherstellung, ihre Denkprozesse und warum diese Methoden für ihre Anwendungen am besten geeignet sind.

Mit Sitz in Fallbrook, Kalifornien, ist SCW Contracting Corp. seit 1980 ein Hersteller, Erbauer und Installateur von Baustahl. Das Unternehmen verfügt außerdem über eine Abteilung, die Produkte für die Wasser- und Abwasserinfrastruktur herstellt.

Betriebsleiter Steven Scrape sagte, dass das Unternehmen seinen Voortman V310 als automatisiertes 8 x 20 Fuß großes Modell bezeichnet. Bohr- und Plasmaschneidmaschine ist ihr „Arbeitstier“. Er führt seine Effizienz auf die Fähigkeit zurück, die Bohrmaschine unbeaufsichtigt laufen zu lassen.

„Wir haben große Einsparungen dadurch erzielt, dass wir es praktisch unbemannt betreiben konnten“, sagte er.

„Es lief 200 Arbeitstage im Jahr – 800 in den letzten vier Jahren – unbemannt. Es gab einen Zeitpunkt, an dem wir die Maschine täglich 16 bis 20 Stunden im Einsatz hatten. Wir hatten keinerlei Probleme damit.“

Scrape sagte, er mache sich keine Sorgen über unbeaufsichtigte Probleme, da es sich um ein intelligentes System handele. Seine Software ist so programmiert, dass sie die Produktion stoppt und Benachrichtigungen sendet, wenn Probleme auftreten. „Wenn ein Fehler auftritt oder der Kopf zu viel Druck ausübt, weil die Spitze abgenutzt ist, wird die Produktion gestoppt und ein Fehlercode ausgegeben, der Sie auffordert, die Bohrerspitze auszutauschen. Es wird sich nicht selbst zerstören.

„Wir werden den Bohrzyklus während unserer Nachtschicht auf unserer V310 durchführen. Im Wesentlichen stellen wir die Platte auf, führen das Programm aus und gehen weg. Es wird die ganze Nacht laufen, alle Löcher bohren, alle Markierungen vornehmen … alles, was wir brauchen, nur auf dieser einen Bohreinheit.“

Das Unternehmen nutzt die Bohrfunktion der Maschine zum einfachen Bohren von Löchern und setzt anschließend den Plasmaschneider für kompliziertere Schnitte ein. „Um Löcher zu bohren, die nur ein normales Rundloch sind, verwenden wir das Bohren, weil es schneller, effizienter und kostengünstiger ist als der Plasmaschneider. Und dann kommt das Plasma ins Spiel, um Formen oder ein Langloch zu schneiden.“

Der Plasmaschneider verfügt über einen Anfaskopf, sodass er im 45-Grad-Winkel anfasen und in einer 360-Grad-Drehung, umgekehrt oder außen, schneiden kann. Scrape fügte hinzu, dass die neueste Version der Maschine nun über die Fähigkeit verfügt, Langlöcher zu fräsen.

SCW Contracting Corp. ist ein Hersteller, Errichter und Installateur von Baustahl. Betriebsleiter Steven Scrape bezeichnet seinen Voortman V310 als automatisiertes 8 x 20 Fuß großes Modell. Bohr- und Plasmaschneidmaschine ist ihr „Arbeitstier“. Er führt seine Effizienz auf die Fähigkeit zurück, die Bohrmaschine unbeaufsichtigt laufen zu lassen. Es lief in den letzten vier Jahren 800 Arbeitstage unbemannt. SCW Contracting Corp.

„Man könnte also einen Teller mit fünf Löchern haben; Drei davon sind typische Rundlöcher und zwei Langlöcher. Die Software richtet den Bohrer automatisch auf die runden Löcher und setzt dann dort, wo ein Langloch benötigt wird, nach Abschluss des Bohrzyklus das Plasma ein, um die Langlöcher herzustellen. Es handelt sich also um eine sehr vielseitige Plattenbearbeitungsmaschine.“

SCW schneidet 1/8 Zoll. bis zu einer 3 Zoll dicken Platte auf der Maschine.

Scrape sagte, dass er die Maschine nach umfangreichen Recherchen auf der FABTECH 2018 gekauft habe. Er ist wirklich froh, dass sie die Maschine mit zwei Funktionen gekauft haben. „Wir sind zu FABTECH gegangen und haben uns jedes einzelne Unternehmen angesehen, das es gibt. Alle sagten: „Sie brauchen kein Bohrgerät.“ Aber wir kamen zu dem Schluss, dass es einen Grund gibt, wenn die Unternehmen eine Bohreinheit auf den Tisch stellen.

„Nach weiteren Sondierungsuntersuchungen stellten wir fest, dass die Bohrung wesentlich effizienter ist. Es ist sauberer. Es kostet weniger, weil man die Bohrmaschine vollautomatisch betreiben kann.“

Scrape sagte, dass die Verbrauchsmaterialkosten beim Bohren deutlich geringer seien als beim Plasmabohren. Bei einigen Bohrspitzen kann SCW 1.600 Löcher bohren; Es ist in der Lage, weniger Löcher an einem Plasmaschneider zu schneiden, ohne dass die Verbrauchsmaterialien ausgetauscht werden müssen. „Wir hatten sogar Bohrerspitzen, die mithilfe der Innenkühlung des Bohrers 4.000 Löcher gebohrt haben. Das verlängert die Lebensdauer der Bohrerspitze.“

Als Beispiel verwies Scrape auf ein aktuelles Projekt. „Erst vor ein paar Wochen haben wir eine 3/8 Zoll dicke Platte mit einer Breite von 8 Fuß und einer Länge von 20 Fuß auf die Maschine gelegt. Es hatte einen Bohrzyklus von 10 Stunden. Unser Bediener baute die Platte auf, startete am Ende des Tages den Bohrzyklus, drückte auf „Laufen“, schaltete das Licht aus und ging weg. Am nächsten Morgen kam er herein, säuberte die Späne, drückte auf „Start“ und das Gerät begann, das Plasma zu verwenden.

Das allein sparte Arbeitszeit – eine erhebliche Kosteneinsparung – im Vergleich zur Verwendung des Plasmas, sagte Scrape. Er fügte hinzu, dass jemand anwesend sein müsse, während der Plasmabrenner in Gebrauch sei, da dieser brennbar sei.

„Wir haben also festgestellt, dass diese Bohr-/Plasmamaschine einfach sehr effizient ist. Es war ein absoluter Erfolg für unser Unternehmen.“

H&H Metals, Thornton, Colorado, ist ein familiengeführter Hersteller von Architekturmetallen und Hersteller von Sonnenschirmen und Lichtregalen aus Aluminium. H&H wurde 1980 gegründet und fertigt Platten- und Blechprodukte hauptsächlich für die Bauindustrie, führt aber auch Lohnfertigungsarbeiten für OEMs und Zulieferer durch. Seine Produkte werden im ganzen Land verschickt und sind sogar im Weltraum zu finden.

Präsident Chad Huff sagte, dass das Unternehmen beim Einsatz des CO2-Lasers von Cincinnati aufgrund der Flexibilität, die Lochgröße leicht zu ändern, und aufgrund der Präzision, die er beim Schneiden von Löchern in die Platte liefert, Effizienzgewinne erzielt. Der im Jahr 2016 gekaufte Laser schneidet bis zu 1 Zoll dicken Kohlenstoffstahl, obwohl die meisten Arbeiten des Herstellers ¼ bis ½ Zoll dick sind.

Die Materialstärke in diesem Teil, einer Verstärkung für die hintere Stoßstangenhalterung für einen Pickup, beträgt 1/8 Zoll, 60-KSI-Stahl. Ultratech Tool & Design wird 10 Jahre lang 200.000 Teile pro Jahr stanzen. Das Unternehmen ist davon überzeugt, dass das Stanzen der effizienteste Weg ist, die Löcher und Merkmale des Teils zu formen. Ultratech Tool & Design

„Wir mussten Löcher in dickere Bleche bohren, als wir mit unseren modularen Stanz- oder Hüttenmaschinen effizient herstellen konnten“, sagte Huff.

„Das Problem bestand darin, dass wir so viele verschiedene Plattenstärken und Plattendesigns hatten. Allein das Auslegen brachte Herausforderungen mit sich. Die Tatsache, dass wir für jedes Loch unterschiedlicher Größe spezielle Stempel benötigen mussten, beeinträchtigte unsere Effizienz.“ Die vom Unternehmen hergestellten Sonnenschirmclips variieren je nach Projekt. Keine zwei Projekte seien gleich, sagte er.

Erschwerend kommt hinzu, dass selbst wenn für eine Aufgabe ein bestimmtes Loch erforderlich ist, abhängig von den angegebenen Beschichtungen unterschiedliche Stempel erforderlich sind, die jeweils den Lochdurchmesser verändern. „Wenn Sie ohne Nachbearbeitung ein Loch in eine Rohplatte bohren, möchten Sie, dass das Loch genau den Abmessungen entspricht. Wenn Sie es jedoch verzinken möchten, muss das Loch einen bestimmten Durchmesser haben, der größer ist als die endgültige Lochgröße, da durch die Verzinkung die Dicke erhöht wird. Wenn Sie dann diesen Teller bemalen wollen, muss er auch ein bisschen anders sein.

„Wenn Sie einen halben Zoll schlagen. Loch, vielleicht brauchen Sie wirklich ein 17/32-Zoll. Loch, Sie benötigen also ein 17/32-Zoll. schlagen. Sie benötigen einen 5/8-Zoll. Matrize auf den richtigen Matrizenabstand achten. Wir stellten zu oft fest, dass wir nie die richtigen Stempel- und Matrizenkombinationen hatten, insbesondere bei den Einheitsstempeln. Wenn wir eine Operation mit mehreren Treffern hatten, mussten wir mehrere kaufen. Und manchmal gingen Schläge kaputt.“ H&H erkannte, dass ein neuer Prozess erforderlich war, da die Wartezeit beim Eintreffen von Werkzeugbestellungen verloren ging und die Stanzwerkzeuge hohe Kosten verursachten.

„Die Effizienz, die wir jetzt mit der Lasertechnologie erzielen, besteht darin, dass wir die Lochgröße ändern und genau das tun können, was wir brauchen, ohne verschiedene Stempel in mehreren Größen haben zu müssen. Wir können von einem runden Loch zu einem Langloch wechseln, indem wir einfach das Design in der Software ändern.“

Huff erklärte, dass das Unternehmen über Plasmaschneiden nachdachte, jedoch feststellte, dass der Spanwinkel des Schnitts für die Kundenspezifikationen zu stark war.

„Wir sahen bei einem Plasma einen Spanwinkel von etwa 7 Grad, was insbesondere bei strukturellen Grundplatten ein Problem darstellte. Bei einem Laser sehen wir nur einen Neigungswinkel von etwa einem halben Grad.“

Huff sagte, dass die Spezifikationen für die strukturellen Grundplatten, die H&H für die Bauindustrie herstellt, kein „zu konisches“ Loch zulassen. Die strukturellen Spezifikationen erfordern einen geraden Schnitt, da die Löcher ein Befestigungselement wie einen Ankerbolzen aufnehmen müssen und das Befestigungselement eine ordnungsgemäße Verbindung aufrechterhalten muss.

H&H fertigt eine Vielzahl von Clips für die Glas- und Verglasungsindustrie, um große Vorhangfassaden an mehrstöckigen Gebäuden zu befestigen. Die meisten Clips werden an der Gebäudeseite angeschweißt und anschließend wird das Fenstersystem daran eingehängt. „Manchmal sind das runde Löcher für Dead-Load-Clips; In anderen Fällen, wenn die Fenster in den höheren Stockwerken hochgezogen werden, benötigen sie vertikale Schlitze für Windlastklammern, die eine Durchbiegung des Bodens ermöglichen, damit das Glas nicht bricht.

„Deshalb haben wir uns für einen Laser entschieden. Das Loch stimmt, und das Design des Clips kann je nach Bedarf einfach angepasst werden.“

Er räumte ein, dass die Plasmaschneidtechnologie Fortschritte gemacht habe, um die Verjüngung auszugleichen.

Eine weitere Möglichkeit, mit dem Laser die Effizienz von H&H zu steigern, besteht darin, dass das Unternehmen Löcher herstellen kann, die kleiner als die Materialstärke sind, so Huff. „Eine Faustregel beim Lochen ist, kein Loch zu stanzen, dessen Durchmesser kleiner als die Materialstärke ist. Das Problem ist, was passiert, wenn Sie 1/8-Zoll-Durchmesser herstellen müssen. Loch in dicker Platte? Sie greifen zum Bohren.“ Huff sagte, dass der Hersteller gebeten wird, in Teile für die Glas- und Verglasungsindustrie kleine Löcher für Betoneinbettungen zu bohren. „Anstatt winzige Löcher in Tausende von dicken Platten zu bohren, können wir stattdessen problemlos Laserschnitte durchführen. Obwohl sehr kleine Löcher nicht perfekt sind, eignen sie sich oft gut als Nagelloch, um das Teil an einer Betonform zu befestigen oder um das Teil zu befestigen.“ für einen Endbearbeitungsprozess wie Lackieren oder Verzinken aufgehängt.“

Huff sagte, als er 2016 den CO2-Laser kaufte, sei die Materialstärke der Fasertechnologie begrenzt, die sie schneiden könne. Obwohl die Fortschritte in der Faserlasertechnologie die Materialstärken, die geschnitten werden können, erweitert und die Schnittgeschwindigkeit erhöht haben, findet er, dass das CO2 zum Schneiden von 3D-Teilen nützlich ist.

„Mit dem Laser wird es etwas schwieriger, wenn Löcher in Rohre und Winkel gebohrt werden müssen. Natürlich gibt es dafür Röhrenlaser, aber sie sind eine erhebliche Investition und nehmen enorm viel Platz ein.“

Da die Oberseite der CO2-Lasermaschine offen ist, können Bediener Strukturteile hineinwerfen. „Mit einem Faserlaser ist das nicht möglich, weil er vollständig umschlossen sein muss.“

Huff fügte hinzu, dass das Unternehmen nur eine Schicht betreibe. Er hat nicht vor, das CO2 in absehbarer Zeit zu ersetzen, vor allem wegen der Vorteile, die das offene Design bietet. „Obwohl sich die Fasertechnologie rasant weiterentwickelt hat, wird es immer einen Platz für CO2 geben“, sagte er. H&H plant, in Zukunft in einen Faserlaser zu investieren, aber im Moment hält der CO2-Ausstoß mit dem aktuellen Produktionsbedarf Schritt.

Hersteller denken vielleicht nicht an die Stanztechnologie, um Löcher in plattendicke Materialien zu bohren, aber Ultratech Tool and Design, Fond du Lac, Wisconsin, stanzt Löcher und andere Merkmale in Platten oder dickem Metall mit einer Dicke von bis zu ½ Zoll, etwa einem Viertel davon die Zeit.

Das Unternehmen ist mit Pressen bis zu 1.000 Tonnen mit Bettgrößen von bis zu 148 x 84 Zoll und Hochleistungszuführleitungen ausgestattet, die Materialstärken bis zu 0,400 Zoll verarbeiten, einschließlich hochfester, niedriglegierter (HSLA); ultrahochfester Stahl (UHSS); und mehrphasige Materialien, so das Unternehmen.

„Wenn man darüber nachdenkt, welche Methode man verwenden soll, kommt es wirklich auf das Volumen an“, sagte Business Development Manager Andy Melang. „Obwohl das Stanzen Vorabwerkzeuge erfordert, was mit Kosten verbunden ist, wird es sich bei ausreichend großen Stückzahlen problemlos amortisieren.“

Melang sagte, dass die Volumengrenze – wenn es sinnvoll ist zu stempeln – wahrscheinlich bei etwa 40.000 Teilen liegt. „Dann ist es völlig kostengünstig, es zu stempeln. Bei 20.000 Teilen liegt man am Rande.“

Eine Komponente, die Ultratech Tool and Design derzeit aus 1/8-Zoll-60-KSI-Stahl stanzt, ist eine Verstärkung für die hintere Stoßstangenhalterung für einen Pickup, für die 10 Jahre lang etwa 200.000 Teile pro Jahr benötigt werden. Es handelt sich um eine linke und eine rechte Komponente. „Daher war es für uns klar, dass die effizienteste Wahl darin bestand, den Stanzweg anstelle einer anderen Technologie zu wählen.“

Melang ist davon überzeugt, dass das Bohren von Löchern in Plattenmaterialien mithilfe von Stanznetzen die Effizienz auf vier Arten steigert: Produktionsgeschwindigkeit, Einsparungen bei den Materialeinkaufskosten, Materialausnutzung und Wiederholbarkeit.

Produktionsgeschwindigkeit. Ein Faktor, der die Effizienz von Stanznetzen steigert, ist einfach ihre Geschwindigkeit. „Stempeln geht schnell. Mit einer herkömmlichen mechanischen Presse können Sie 20 bis 90 Hübe pro Minute stempeln. sogar noch schneller auf einer Hochgeschwindigkeitspresse, obwohl das normalerweise für kleine elektrische Teile gilt“, sagte er. „Das ist schneller als drei Löcher/fertige Teile pro Sekunde.“

Darüber hinaus können Sie mit einer Mehrloch-/Mehrteilmatrize, beispielsweise einer „Fünf-Out“-Matrize, mehrere Löcher herstellen, um die Ausgabe zu beschleunigen.

Materialkosten. Ein weiterer Gesichtspunkt bei der Bestimmung der effizientesten Methode sei die Art und Weise, wie das Material eingekauft wird, sagte Melang. „In vielen Fällen ist die Anschaffung einer Spule kostengünstiger als die eines Rohlings, da der Bearbeitungsaufwand geringer ist. Unter dem Gesichtspunkt der Materialkosten hat das Stempeln also durchaus einen Vorteil.“

Materialnutzung. Die Art des Stanzens ermögliche eine hervorragende Materialausnutzung und niedrige Ausschussraten, sagte Melang. „Beim Stanzen entsteht weniger Abfall als beim Laser- oder Wasserstrahlschneiden, denn selbst wenn diese Schneidtechnologien eine Verschachtelung nutzen, fällt mehr Abfall an. Bei 4 bis 10 mm dickem Material entsteht durch das Stanzen etwa 30 % weniger Abfall, fügte er hinzu.

Wiederholbarkeit. Stempel sind durch Beschichtungen haltbarer geworden und halten länger, so dass es weniger Schwankungen bei der geometrischen Bemaßung und Toleranz (GD&T) gibt, sagte Melang.

Das Stanzen von Strukturmetall ist jedoch nicht ohne Einschränkungen möglich.

„Wenn man erst einmal in den ½-Zoll-Dickenbereich vordringt, ist das Stempeln ziemlich schwierig – vor allem, wenn es darum geht, Zuleitungen zu finden, um das Material abwickeln zu können. Dann könnte jemand den leeren Weg gehen oder eine andere Methode zum Lochschneiden wählen“, sagte er.

Das Problem bei einer so dicken Stempelplatte ist die erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass dadurch Grate entstehen. „Was uns bei dickem Metall manchmal aufgefallen ist, ist, dass wir einen Grat bekommen – einen dreieckigen Grat, der durch das Ziehen des Materials an der Trennstelle entsteht und der wirklich großen Schaden anrichten kann, wenn man mit der Hand darüber fährt.“ Um diese Mängel zu beseitigen, ist manuelles oder automatisiertes Entgraten oder Vibrationstrommeln erforderlich.

Es ist hilfreich, dass der Stanzhersteller seine eigenen Werkzeuge und Matrizen herstellt, da er Werkzeuge entwerfen und herstellen kann, die bessere Löcher und weniger Grate ermöglichen.

„Manchmal kann der Grat im Werkzeug geprägt werden, um ihn niederzuschlagen. In anderen Designbereichen setzen wir normalerweise eine Dachschere auf den Stempel, der beim Schneiden eines Lochs eine scherenähnliche Bewegung ausführt.“ Dadurch wird ein Teil der umgekehrten Tonnage reduziert, was wiederum dazu beiträgt, die Lebensdauer der Matrize und der Presse zu verlängern, fügte er hinzu.

Beim Stanzen gilt die gleiche Faustregel bezüglich des Verhältnisses von Lochdurchmesser zu Materialstärke wie beim Stanzen. Die Materialstärke sollte den Lochdurchmesser nicht überschreiten.

„Es beeinträchtigt lediglich die Integrität und Haltbarkeit des Schlags, der auf so kleinem Raum dieser Menge an Stößen und Belastungen nicht standhalten kann.“ Wenn Sie also kleine Details vornehmen müssen, muss dies normalerweise offline erfolgen“, sagte Melang.

Wie das einfache, aber äußerst nützliche Rad wurde auch das bescheidene Loch im Laufe der Zeit verbessert und verfeinert, aber nie neu erfunden. Mit der Weiterentwicklung der Technologie haben sich die Methoden zur Herstellung von Blechplatten immer weiter vervielfacht.