In effetti, questa parte non sembra affatto fatta di lamiera. Alcuni profili presentano una serie di tacche o scanalature che fanno sembrare il pezzo come se fosse forgiato a caldo o estruso, ma non è così. Si tratta di un profilo realizzato utilizzando un processo di formatura a freddo su una macchina profilatrice, una tecnologia che le aziende europee di Welser Profile hanno perfezionato e brevettato negli Stati Uniti e in altri paesi. Ha richiesto il suo primo brevetto nel 2007.
"Welser detiene brevetti per l'ispessimento, l'assottigliamento e la formatura a freddo delle scanalature nei profili", ha affermato Johnson. “Non è lavorazione meccanica, non è termoformatura. Pochissime persone negli Stati Uniti lo fanno, o addirittura ci provano”.
Poiché la profilazione è una tecnologia molto matura, molti non si aspettano sorprese in questo ambito. A FABTECH®, le persone sorridono e scuotono la testa quando vedono laser a fibra estremamente potenti che tagliano a una velocità vertiginosa o sistemi di piegatura automatizzati che correggono i disallineamenti dei materiali. Con tutti i progressi compiuti negli ultimi anni in queste tecnologie di produzione, si aspettavano una piacevole sorpresa. Non si aspettavano che la profilatura li sorprendesse. Ma, come suggerisce la dichiarazione “mostrami i fiori” degli ingegneri, la profilazione supera ancora le aspettative.
Nel 2018, Welser è entrata nel mercato statunitense con l'acquisizione di Superior Roll Forming a Valley City, Ohio. Johnson ha affermato che la mossa è strategica, non solo per espandere la presenza di Welser nel Nord America, ma anche perché Superior Roll Forming condivide molte delle visioni culturali e strategiche di Welser.
Entrambe le aziende mirano a conquistare aree specializzate del mercato della laminazione a freddo con pochi concorrenti. Entrambe le organizzazioni stanno anche lavorando per soddisfare la necessità del settore di ridurre il peso. Le parti devono fare di più, essere più resistenti e pesare meno.
Superior si concentra sul settore automobilistico; mentre entrambe le società servono un'ampia gamma di clienti, Welser si concentra su altri settori come l'edilizia, l'agricoltura, l'energia solare e le scaffalature. La leggerezza nell'industria automobilistica si è sempre concentrata su materiali ad alta resistenza, che è anche un vantaggio di Superior. La geometria relativamente semplice di un profilo piegato passa inosservata finché gli ingegneri non vedono la resistenza del materiale piegato. Gli ingegneri di livello superiore spesso sviluppano programmi di parti utilizzando materiali con una resistenza alla trazione di 1400 o addirittura 1700 MPa. Sono quasi 250 KSI. In Europa gli ingegneri della Welser Profile hanno affrontato anche il tema della leggerezza, ma oltre all'utilizzo di materiali ad alta resistenza lo hanno affrontato anche con stampi complessi.
Il processo brevettato di formatura a freddo di Welser Profile è adatto per materiali a bassa resistenza, ma la geometria creata dalla profilatrice a rulli aiuta a ridurre il peso dell'intero assieme. La geometria può consentire al profilo di svolgere più funzioni riducendo il numero di parti (per non parlare del denaro speso per la produzione). Ad esempio, le scanalature profilate possono creare connessioni ad incastro che eliminano saldature o elementi di fissaggio. Oppure la forma del profilo può rendere più rigida l'intera struttura. Forse la cosa più importante è che Welser può creare profili più spessi in alcuni punti e più sottili in altri, fornendo resistenza dove necessario e riducendo il peso complessivo.
Gli ingegneri e i progettisti della modellatura tradizionale seguono una regola di lavorabilità decennale: evitare raggi piccoli, rami corti, piegature a 90 gradi, geometrie interne profonde, ecc. "Naturalmente, abbiamo sempre avuto anni '90 difficili", ha affermato Johnson.
Il profilo sembra un'estrusione, ma in realtà è formato a freddo dalla Welser Profile.
Naturalmente, gli ingegneri richiedono che le macchine per profilatura infrangano queste regole di producibilità, ed è qui che entrano in gioco le capacità di attrezzatura e ingegneria dell'officina di profilatura. Quanto più gli ingegneri riusciranno a far avanzare il processo (formando geometrie interne più dense e profonde a 90 gradi) riducendo al minimo i costi degli utensili e la variabilità del processo, tanto più competitiva sarà una macchina di profilatura.
Ma come spiega Johnson, la formatura a freddo in un laminatoio è molto più di questo. Questo processo consente di ottenere profili di parti che la maggior parte degli ingegneri non prenderebbe nemmeno in considerazione l'utilizzo della profilazione. “Immagina una striscia di lamiera che ha subito il processo di laminazione, spessa forse 0,100 pollici. Possiamo realizzare una scanalatura a T nella parte inferiore centrale di questo profilo. deve essere laminato a caldo o lavorato a macchina a seconda delle tolleranze e dei requisiti di altri pezzi, ma possiamo facilmente laminare questa geometria.
I dettagli del processo sono di proprietà dell'azienda e Welser non rivela il motivo floreale. Ma Johnson delinea la logica di diversi processi.
Consideriamo innanzitutto l'operazione di goffratura su una pressa per stampaggio. “Quando comprimi, ti allunghi o comprimi anche. Quindi allunghi il materiale e lo sposti in diverse aree dello strumento [superficie], proprio come riempi i raggi su uno strumento. Ma [nella profilazione] questo processo di formatura a freddo] è come riempire i raggi con steroidi.
La lavorazione a freddo rafforza il materiale in alcune aree e questo può essere progettato a vantaggio del progettista. La profilatrice deve però tenere conto anche di questi cambiamenti nelle proprietà del materiale. "Si può notare un aumento significativo delle prestazioni, a volte fino al 30%", afferma Johnson, aggiungendo che questo aumento dovrebbe essere integrato nell'applicazione fin dall'inizio.
Tuttavia, la formatura a freddo del Profilo Welser può comportare operazioni aggiuntive come cucitura e saldatura. Come con la profilatura convenzionale, la perforazione può essere eseguita prima, durante o dopo la profilatura, ma gli strumenti utilizzati devono tenere conto degli effetti della lavorazione a freddo durante tutto il processo.
Il materiale formato a freddo presso lo stabilimento europeo di Welser Profile non è neanche lontanamente resistente quanto il materiale laminato ad alta resistenza presso lo stabilimento di Superior, Ohio. A seconda dell'applicazione, l'azienda può produrre materiale per formatura a freddo a pressioni fino a 450 MPa. Ma non si tratta solo di scegliere un materiale con una certa resistenza alla trazione.
"Non è possibile farlo con materiali ad alta resistenza e bassolegati", ha affermato Johnson, aggiungendo: "Spesso preferiamo utilizzare materiali microlegati, che aiutano a prevenire la rottura. Ovviamente, la selezione dei materiali è una parte importante.
Per illustrare le basi del processo, Johnson descrive il design del tubo telescopico. Un tubo è inserito nell'altro e non può ruotare, quindi ciascun tubo ha una scanalatura nervata in un punto specifico attorno alla circonferenza. Questi non sono solo irrigidimenti con raggi, ma causano un certo gioco rotazionale quando un tubo entra in un altro. Questi tubi con tolleranze strette devono essere inseriti e retratti con precisione senza intoppi, con un gioco rotazionale minimo. Inoltre, il diametro esterno del tubo esterno deve essere esattamente lo stesso, senza sporgenze della cassaforma sul diametro interno. A tal fine questi tubi presentano delle vere e proprie scanalature che a prima vista sembrano estruse, ma non lo sono. Sono prodotti mediante formatura a freddo su macchine profilatrici.
Per formare le scanalature, l'utensile rullatore assottiglia il materiale in punti specifici lungo la circonferenza del tubo. Gli ingegneri hanno progettato il processo in modo da poter prevedere con precisione il flusso di materiale da queste scanalature “sottili” al resto della circonferenza del tubo. Il flusso del materiale deve essere controllato con precisione per garantire uno spessore costante della parete del tubo tra queste scanalature. Se lo spessore della parete del tubo non è costante, i componenti non si incastreranno correttamente.
Il processo di formatura a freddo negli impianti europei di profilatura della Welser Profile consente di rendere alcune parti più sottili, altre più spesse e di posizionare le scanalature in altri punti.
Ancora una volta, un ingegnere guarda un pezzo e potrebbe pensare che si tratti di estrusione o forgiatura a caldo, e questo è un problema con qualsiasi tecnologia di produzione che sfidi la saggezza convenzionale. Molti ingegneri non hanno preso in considerazione lo sviluppo di un componente del genere, ritenendo che sarebbe stato troppo costoso o impossibile da produrre. In questo modo, Johnson e il suo team stanno diffondendo la voce non solo sulle funzionalità del processo, ma anche sui vantaggi derivanti dal coinvolgimento degli ingegneri Welser Profile nella profilazione nelle prime fasi del processo di progettazione.
Gli ingegneri di progettazione e quelli dei cilindri lavorano insieme sulla selezione dei materiali, selezionando strategicamente lo spessore e migliorando la struttura dei grani, in parte guidato dalle attrezzature, ed esattamente dove avviene la formatura a freddo (ovvero ispessimento e assottigliamento) nella formazione dei fiori. profilo completo. Si tratta di un compito molto più complesso rispetto al semplice collegamento delle parti modulari di un utensile rullatore (il profilo Welser utilizza quasi esclusivamente utensili modulari).
Con oltre 2.500 dipendenti e oltre 90 linee di profilatura, Welser è una delle più grandi aziende di profilatura a conduzione familiare al mondo, con un'ampia forza lavoro dedicata agli utensili e ingegneri che utilizzano gli stessi strumenti utilizzati finora. per molti anni Biblioteca Die. Profilazione di oltre 22.500 profili diversi.
"Attualmente disponiamo di oltre 700.000 utensili a rulli [modulari] in stock", ha affermato Johnson.
"I costruttori dell'impianto non sapevano perché chiedevamo determinate specifiche, ma soddisfacevano i nostri requisiti", ha affermato Johnson, aggiungendo che questi "aggiustamenti insoliti" presso l'impianto hanno aiutato Welser a migliorare il suo processo di formatura a freddo.
Allora, da quanto tempo Welzer opera nel settore dell'acciaio? Johnson sorrise. "Oh, quasi sempre." Stava scherzando solo a metà. La fondazione dell'azienda risale al 1664. “Onestamente, l'azienda opera nel settore dell'acciaio. È iniziata come una fonderia e ha iniziato a laminarsi e formarsi alla fine degli anni ’50 e da allora ha continuato a crescere”.
La famiglia Welser gestisce l'azienda da 11 generazioni. "L'amministratore delegato è Thomas Welser", ha detto Johnson. "Suo nonno ha avviato un'azienda di profilazione e suo padre era in realtà un imprenditore che ha ampliato le dimensioni e la portata dell'attività." Oggi, il reddito annuo in tutto il mondo supera i 700 milioni di dollari.
Johnson ha continuato: “Mentre il padre di Thomas stava costruendo l'azienda in Europa, Thomas era davvero interessato alle vendite internazionali e allo sviluppo del business. Sente che questa è la sua generazione ed è giunto il momento per lui di portare l'azienda a livello globale."
L'acquisizione di Superior faceva parte di questa strategia, l'altra parte era l'introduzione della tecnologia di laminazione a freddo negli Stati Uniti. Al momento in cui scrivo, il processo di formatura a freddo avviene presso gli stabilimenti europei di Welser Profile, da dove l'azienda esporta prodotti verso i mercati globali. Non è stato annunciato alcun piano per portare la tecnologia negli Stati Uniti, almeno non ancora. Johnson ha affermato che, come tutto il resto, il laminatoio prevede di espandere la capacità in base alla domanda.
Il motivo floreale del profilo del rullo tradizionale mostra le fasi di formazione del materiale mentre passa attraverso la stazione di laminazione. Poiché i dettagli alla base del processo di formatura a freddo di Welser Profile sono proprietari, non vengono prodotti disegni floreali.
Welser Profile e la sua controllata Superior offrono la profilatura tradizionale, ma entrambe sono specializzate in aree in cui non sono richieste specifiche. Per Superior si tratta di un materiale ad alta resistenza, per Welser Profile lo stampaggio è una forma complessa che in molti casi compete non con altre macchine di laminazione, ma con estrusori e altre attrezzature di produzione speciali.
In effetti, Johnson ha affermato che il suo team sta perseguendo una strategia di estrusione di alluminio. “All'inizio degli anni '80, le aziende produttrici di alluminio entrarono nel mercato e dissero: 'Se puoi sognarlo, possiamo spremerlo'. Sono stati molto bravi a dare opzioni agli ingegneri. Se puoi solo sognarlo, pagherai una piccola tassa per l'utensileria. Possiamo produrlo a pagamento. Ciò libera gli ingegneri perché possono letteralmente disegnare qualsiasi cosa. Ora stiamo facendo qualcosa di simile, solo ora con la profilazione.
Tim Heston è redattore senior della rivista FABRICATOR Magazine ed opera nel settore della fabbricazione dei metalli dal 1998, iniziando la sua carriera con la rivista Welding Magazine dell'American Welding Society. Da allora, ha gestito l'intero processo di fabbricazione del metallo, dallo stampaggio, piegatura e taglio alla molatura e lucidatura. Si è unito a The FABRICATOR nell'ottobre 2007.
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Orario di pubblicazione: 22 agosto 2023