金属板の効率的な穴あけに関する業界の洞察: レーザー、プラズマ、または穴あけ

H&H Metals は、さまざまな穴のサイズや形状、切断精度を簡単に変更できるため、CO2 レーザー機械の効率性を高めています。 H&Hメタルズ。

猫の皮を剥ぐ方法は一つではない、という格言があります。凄惨なビジュアルはさておき、この表現は構造用金属の穴開けにこれ以上適したものはありません。明白なことは述べませんが、プレートに穴を加工するには多数の方法があります。製造業者には、鉄工、ボール盤、スタンピングプレス、プラズマ、レーザー、ウォータージェットカッターなど、そこに到達するための実行可能なルートが数多くあります。どの道を選択するかは、通常、どの道を最も効率的に穴を開けることができるかということに帰着します。

SCW Contracting Corp.、H&H Metals、Ultratech Tool and Design の 3 つの製造業者が、穴加工の頼りになるアプローチ、思考プロセス、およびそれらの方法が自社の用途に最適である理由を共有しました。

1980 年以来カリフォルニア州フォールブルックに拠点を置く SCW Contracting Corp. は、構造用鋼材の製造、組立、設置を行う業者です。同社には、上下水道インフラ向けの製品を製造する部門もあります。

オペレーションマネージャーのスティーブン・スクレイプ氏は、同社では自社のV310を自動化された8フィート×20フィートと呼んでいると語った。穴あけおよびプラズマ切断機はその「主力製品」です。同氏は、その効率性は無人で訓練を実行できる能力のおかげであると考えています。

「基本的に無人で運営できることで、多くの節約ができることがわかりました」と彼は言いました。

「年間 200 稼働日、過去 4 年間では 800 日が無人で稼働しています。一時はマシンを 1 日あたり 16 ～ 20 時間稼働させていました。当社ではこれまでに何の問題もありませんでした。」

スクレイプ氏は、これはインテリジェントなシステムであるため、無人で問題が発生することを心配する必要はないと述べた。そのソフトウェアは、問題が発生した場合に生産を停止し、通知を送信するようにプログラムされています。「エラーが発生した場合、または先端が磨耗してヘッドに圧力がかかりすぎた場合は、生産が停止され、ドリル先端の交換を通知するエラーコードが表示されます。自己破壊することはありません。

「夜勤中に V310 で穴あけサイクルを実行します。基本的に、プレートをセットアップし、プログラムを実行して、出発します。それは一晩中実行され、すべての穴を開け、すべてのマーキングを行います。 …必要なものはすべて、この 1 つのドリルユニットだけで揃います。」

同社は、単純な穴開けには機械の穴あけ機能を使用し、その後プラズマカッターを使用してより複雑な切断を行っています。「標準的な丸い穴を作るには、プラズマカッターよりも高速で効率的でコストが低いドリルを使用します。そこで、形状や長穴を切断するためにプラズマが登場します。。」

プラズマカッターは面取りヘッドを備えているため、45 度の面取りと 360 度の回転、反転または外側での切断が可能です。 Scrape 氏は、最新バージョンの機械には長穴をフライス加工する機能が備わっていると付け加えました。

SCW Contracting Corp. は、構造用鋼材の製造、組立、設置を行う業者です。運用マネージャーのスティーブン・スクレイプ氏は、そのボートマン V310 を 8 × 20 フィートの自動化されたものと呼んでいます。穴あけおよびプラズマ切断機はその「主力製品」です。同氏は、その効率性は無人で訓練を実行できる能力のおかげであると考えています。過去4年間で800営業日を無人で稼働させた。 SCW コントラクトコーポレーション

「つまり、プレートに 5 つの穴があることになります。3 つは一般的な丸穴、2 つは長穴です。ソフトウェアは自動的にドリルを丸穴に向け、次に長穴が必要な場所にドリルサイクルが完了すると、ドリルを自動的に指示します。」その後、プラズマを展開して長穴をあけます。つまり、非常に多用途のプレート加工機です。」

SCW は 1/8 インチをカットします。厚さ 3 インチのプレートを機械に取り付けます。

Scrape 氏は、FABTECH 2018 で広範なリサーチを行った後にこのマシンを購入したと述べました。デュアル機能を備えたマシンを購入できて本当に良かったと述べています。「私たちはFABTECHに行き、太陽の下ですべての企業を調べました。誰もが『掘削ユニットは必要ない』と言っていました。」しかし、企業が掘削ユニットをテーブルの上に置いているのであれば、それには理由があると私たちは考えました。

「さらに探索的な調査を行った結果、掘削がはるかに効率的であることがわかりました。よりクリーンです。完全自動機能でドリルを操作できるためコストが削減されます。」

スクレイプ氏は、掘削にかかる消耗品のコストはプラズマよりも大幅に低いと述べた。一部のドリルチップでは、SCW は 1,600 個の穴を開けることができます。消耗品を交換する前にプラズマカッターで開ける穴の数を減らすことができます。「ドリルの内部冷却を使用することで、4,000 個の穴をあけたドリルチップもあります。これにより、ドリルチップの寿命が延びます。」

Scrape は例として最近のプロジェクトを参照しました。「ほんの数週間前、幅 8 フィート、長さ 20 フィート、厚さ 3/8 インチのプレートを機械に設置しました。ドリルサイクルは 10 時間でした。当社のオペレーターがプレートをセットアップしました。一日の終わりにドリルサイクルを開始し、「実行」を押し、照明を消して立ち去りました。翌朝彼はやって来て、チップを取り除き、「開始」を押すと、プラズマが使用され始めました。

これだけでもプラズマを使用するよりも人件費が節約され、大幅なコスト削減になるとスクレイプ氏は述べた。同氏は、プラズマトーチは可燃性であるため、使用中は誰かが立ち会う必要があると付け加えた。

「つまり、このドリル/プラズママシンが非常に効率的であることがわかりました。これは当社にとって絶対的な成功に他なりません。」

コロラド州ソーントンの H&H Metals は、家族経営の建築用金属製造業者であり、アルミニウム製のサンシェードとライトシェルフの製造業者です。 1980 年に設立された H&H は、主に建設業界向けのプレートおよびシート製品を製造していますが、OEM やサプライヤー向けのジョブショップ作業も行っています。その製品は全国に出荷され、宇宙でも発見されています。

チャド・ハフ社長は、同社のシンシナティ CO2 レーザーを使用すると、穴のサイズを簡単に変更できる柔軟性と、プレートの穴の切断精度が高いため、効率が向上していると述べた。 2016 年に購入したこのレーザーは、厚さ 1 インチまでの炭素鋼を切断できますが、製造業者の仕事のほとんどは厚さ 1/4 から 1/2 インチです。

この部品 (ピックアップトラックのリアバンパーマウント補強材) の材料の厚さは 1/8 インチ、60-KSI 鋼です。 Ultratech Tool & Design は、10 年間にわたって年間 200,000 個の部品をスタンプします。同社は、部品の穴や形状を形成するにはスタンピングが最も効率的な方法であると考えています。ウルトラテックのツールとデザイン

「ユニット化されたパンチングマシンや鉄工機械を使用して効率的に作ることができるよりも厚いプレートに穴を開ける必要がありました」とハフ氏は言いました。

「問題は、非常に多くの異なるプレートの厚さとプレートのデザインがあることでした。それらをレイアウトするだけでも課題が生じました。異なるサイズの穴ごとに専用のパンチを用意する必要があるという事実が、効率を妨げていました。」同社が製造するサンシェードクリップはプロジェクトごとに異なります。同じプロジェクトは二つとない、と彼は言いました。

問題を複雑にしているのは、作業に特定の穴が必要な場合でも、指定されたコーティングに応じて異なるパンチが必要であり、それぞれのパンチによって穴の直径が変化することです。「後処理を行わずに生のプレートに穴を開けるだけの場合は、穴を寸法通りに正確に開ける必要があります。ただし、亜鉛メッキする場合は、穴の直径が最終的な穴のサイズよりも大きい必要があります。亜鉛メッキすると厚みが増すので、その板を塗装する場合は、塗装も少し変える必要があります。

「1/2 インチの穴を開ける場合、実際には 17/32 インチの穴が必要になる可能性があるため、17/32 インチのパンチが必要です。そのためには 5/8 インチのダイスが必要です。」 H&H は、注文した金型が到着するまでの時間のロスと、パンチ金型のコストの高さを考慮して、新しいプロセスが必要であることに気づきました。

「現在レーザー技術を導入して効率性を実感しているのは、複数のサイズの異なるパンチを用意する必要がなく、穴のサイズを変更して必要な作業を正確に実行できることです。設計を変更するだけで丸穴から長穴に変更できます。ソフトウェアで。」

ハフ氏は、同社はプラズマ切断を検討したが、切断のすくい角が顧客の仕様には厳しすぎることが判明したと説明した。

「プラズマでは約 7 度のすくい角が見られましたが、特に構造ベースプレートでは問題でした。レーザーでは約 0.5 度のすくい角しか確認されていません。」

ハフ氏は、H&Hが建設業界向けに製造する構造ベースプレートの仕様では、「過度に先細り」の穴は許可されていないと述べた。穴はアンカーボルトなどの留め具を受け入れる必要があり、留め具は適切な接続を維持する必要があるため、構造仕様では真っ直ぐなカットが必要です。

H&H は、ガラスおよび窓ガラス業界向けに、大きなカーテンウォールを高層ビルに固定するための多数のクリップを製造しています。ほとんどのクリップは建物の側面に溶接されており、そこに窓システムが取り付けられています。「それらは、死荷重クリップ用の丸い穴である場合もありますが、窓が高層階に上がるときに、ガラスが割れないように床のたわみを許容する風荷重クリップ用の垂直スロットが必要になる場合もあります。

「それが、レーザーを採用した理由です。穴は真実であり、クリップのデザインは必要に応じて簡単に適合させることができます。」

同氏は、先細りを補うためにプラズマ切断技術が進歩したことを認めた。

H&H 社にレーザーによる効率性を提供するもう 1 つの方法は、同社が材料の厚さよりも小さい穴を開けることを可能にすることです (ハフ関連)。「穴を開けるときの経験則は、材料の厚さよりも小さな直径の穴を開けないことです。問題は、直径 1/8 インチの厚い穴を開ける必要がある場合に何が起こるかです。プレート？穴あけに頼るのね。」ハフ氏によると、製造業者はガラスやガラス産業向けの部品にコンクリートを埋め込むための小さな穴を開けるよう求められているという。「何千枚もの厚い板に小さな穴を開ける代わりに、レーザーで簡単に切断することができます。非常に小さな穴は完璧ではありませんが、多くの場合、部品をコンクリートの型枠に固定したり、部品を固定したりするための釘穴として機能します。塗装や亜鉛メッキなどの仕上げプロセスのために吊り下げられます。」

ハフ氏は、2016 年に CO2 レーザーを購入したとき、ファイバー技術では切断できる材料の厚さに限界があったと語った。ファイバーレーザー技術の進歩により、切断できる材料の厚さが拡大し、切断速度も向上しましたが、CO2 は 3D パーツの切断に役立つことがわかりました。

「レーザーで少し難しくなるのは、チューブやアングルに穴を開けなければならないときです。もちろん、そのためのチューブレーザーもありますが、多額の投資が必要で、膨大な床面積を必要とします。」

CO2 レーザー加工機の上部は開いているため、オペレーターは構造部分をその中に落とすことができます。「ファイバーレーザーではそれを行うことはできません。ファイバーレーザーは完全に密閉されている必要があるからです。」

ハフ氏は、同社は 1 シフトのみを実行していると付け加えた。彼は、主にオープントップ設計が提供する利点を理由に、すぐに CO2 を交換するつもりはありません。「ファイバー技術は急速に進化しているが、CO2の居場所は常に存在するだろう」と同氏は語った。 H&H は将来的にファイバーレーザーに投資する予定ですが、現時点では CO2 が現在の生産ニーズに追いついています。

製造業者は、板厚の材料に穴を開けるスタンピング技術を考えていないかもしれませんが、ウィスコンシン州フォン・デュ・ラックのウルトラテック・ツール・アンド・デザイン社は、厚さ約1/4インチまでの板や厚い金属に穴やその他の形状を打ち抜きます。時間。

同社は、最大 148 インチ x 84 インチのベッドサイズを備えた最大 1,000 トンのプレスと、高強度低合金 (HSLA) を含む最大 0.400 インチの厚さの材料を処理できる頑丈な供給ラインを備えています。超高張力鋼 (UHSS); 多相材料であると同社は述べています。

ビジネス開発マネージャーのアンディ・メラン氏は、「どの方法を使用するかを検討するとき、実際には量に依存します」と述べています。「スタンピングには事前のツールが必要で、それには費用がかかりますが、量が十分に多ければ簡単に元が取れます。」

メラン氏は、スタンプするのに意味がある場合のボリュームの限界は、おそらく約 40,000 部であると述べた。「それなら、スタンプを押す方が完全に費用対効果が高いです。部品数が 20,000 個あれば、限界に達します。」

Ultratech Tool and Design が現在 1/8 インチの 60-KSI 鋼から打ち抜いている部品の 1 つは、ピックアップトラックのリアバンパーマウント補強材で、10 年間にわたって年間約 200,000 個の部品が必要となります。左手、右手コンポーネントです。「したがって、最も効率的な選択は、別のテクノロジーではなくスタンピングのルートを選択することであることは明らかでした。」

Melang は、スタンピングネットを使用してプレート材料に穴をあけることにより、生産速度、材料購入コストの削減、材料の利用率、再現性という 4 つの点で効率が向上すると考えています。

生産速度。スタンピングネットの効率を高める 1 つの方法は、単純にその速度です。「スタンピングは速いです。標準的な機械プレスでは 1 分あたり 20 ～ 90 ストロークでスタンピングできますが、高速プレスではさらに速くなりますが、通常は小型の電気部品の場合です。」と彼は言いました。「これは、1 秒あたり 3 つの穴/完成部品よりも速いです。」

さらに、「ファイブアウト」ダイなどの複数の穴/マルチパートのダイを使用して複数の穴を作成し、出力を迅速化することができます。

材料費。最も効率的な方法を決定する際のもう 1 つの考慮事項は、材料の購入方法であるとメラン氏は言います。「多くの場合、加工が少なくて済むため、コイルはブランクよりも購入コスト効率が高くなります。したがって、材料コストの観点からは、スタンピングの方が有利です。」

素材の活用。スタンピングの性質により、優れた材料使用と低いスクラップ率が促進されるとメラン氏は述べています。「レーザーやウォータージェット切断よりもスタンピングのほうが無駄が少ない。なぜなら、これらの切断技術ではネスティングを使用する場合でも、より多くの廃棄物が発生するからである。厚さ 4 ～ 10 mm の材料の場合、スタンピングは廃棄物を約 30% 削減できる、と彼は付け加えた。」

再現性。コーティングによりパンチの耐久性が向上し、長持ちするため、幾何学的寸法と公差 (GD&T) の変動が少なくなったとメラン氏は述べています。

ただし、構造用金属のスタンピングには制限がないわけではありません。

「厚さが 1/2 インチの範囲に入ると、スタンプするのはかなり難しくなります。特に、その材料を解くための供給ラインを見つけるだけでもです。そのとき、誰かが空白のルートを選択するか、別の穴を選択する可能性があります。 -切断方法」と彼は言いました。

これほど厚いスタンピングプレートの課題は、バリが発生する可能性が高くなることです。「厚いゲージの金属で時々気づくのは、バリスパイクができることです。これは、ブレークアウェイ上の材料の引きずりによって生じる三角形のバリで、手を走らせるとかなりのダメージを与える可能性があります。」これらの欠陥を除去するには、手動または自動のバリ取りや振動タンブリングが必要です。

スタンピング製造業者が独自の工具や金型を製造することは、穴をより良くし、バリを少なくするための工具を設計および製造できるため、役立ちます。

「場合によっては、バリを打ち落とすためにツール内でバリを鋳造することもあります。デザインの他の分野では、通常、パンチにルーフトップシアーを取り付けます。これは、穴を切るときにハサミのような動きで機能します。」これによりリバーストン数の一部が減少し、その結果、金型とプレスの両方の寿命を延ばすのに役立つと同氏は付け加えた。

穴の直径と材料の厚さの比率に関する経験則は、パンチングに適用されるものと同じであり、スタンピングにも適用されます。材料の厚さは穴の直径を超えてはなりません。

「パンチの完全性と耐久性に影響するだけで、これほど小さな領域ではそれほどの衝撃と負荷に耐えることはできません。そのため、細かい部分を作成する必要がある場合、通常はオフラインで行う必要があります。」とメランは言った。

シンプルだが非常に便利なホイールと同様、この地味な穴も時間の経過とともに改良され洗練されてきましたが、再発明されることはありませんでした。技術の進化に伴い、プレート内で製造する方法が急増しました。