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Jul 13, 2023

Die Technologie der Servopresse hilft dem Metallstanzer, sein Wertversprechen zu verbessern

Kapco, Grafton, Wis., ein großer Stanz-Auftragshersteller, konnte Übernahmeaufträge gewinnen, mit Offshore-Stanzern konkurrieren und beweisen, dass es die Markteinführungsgeschwindigkeit seiner Kunden verbessern konnte

Kapco, Grafton, Wis., ein großer Stanzauftragshersteller, konnte Übernahmeaufträge gewinnen, mit Offshore-Stanzern konkurrieren und beweisen, dass es durch die Installation der Servopressentechnologie die Markteinführungsgeschwindigkeit seiner Kunden verbessern konnte. Bilder: Kapco

Es ist nicht ungewöhnlich, dass Erstausrüster von Konsumgütern einige oder alle ihrer Komponenten selbst herstellen. Tatsächlich fangen die meisten von ihnen so an. Wenn Sie jedoch ein Zulieferer mit hoher Kompetenz in einem bestimmten Fertigungsaspekt, beispielsweise dem Stanzen, sind und dies durch den Kauf intelligenter Ausrüstung und hervorragendes Personal untermauern, ist es möglicherweise die klügste Entscheidung eines Kunden, diesen Betrieb Ihnen zu übertragen.

Übernahmeaufträge zu gewinnen, indem man einen Konkurrenten besiegt, kann eine befriedigende Leistung sein. Sie haben Ihre Betriebsabläufe optimiert, Ihre Effizienz optimiert, Ihre Ausrüstung mit Bedacht gekauft und Ihr Personal gut geführt, um Ihren Wert unter Beweis zu stellen.

Übernahmeaufträge von Ihrem eigenen treuen Kunden zu übernehmen, ist ein Gewinn ganz anderer Art. Es ist ein Beweis des Vertrauens und der Zuversicht in Ihre Fähigkeiten auf höchstem Niveau.

Genau das geschah bei Kapco, Grafton, Wisconsin, einem großen Stanz-Auftragshersteller, mit dem Kauf der Servopressentechnologie.

Die Werke und Betriebe von Kapco befinden sich hauptsächlich im Raum Milwaukee, mit einem Werk in Osceola, Wisconsin. Das Unternehmen beschäftigt fast 700 Mitarbeiter und verfügt an seinen neun Standorten über mehr als 600.000 Quadratfuß. Die Aktivitäten umfassen 60 % Stanzen und 40 % Fertigung und Schweißen. Der Hersteller ist auf 7- bis 16-ga.-Stanzteile mit mittlerem Zug und mittlerem Volumen spezialisiert.

Der Vorsitzende und CEO von Kapco, Jim Kacmarcik, ist in zweiter Generation im Familienbesitz. Sein Vater, Tom Sr., gründete das Unternehmen 1972. Die erste Druckmaschinenbedienerin des Unternehmens war Toms Frau Josephine. „Kapco hatte wirklich einen kleinen, bescheidenen Anfang“, sagte Kacmarcik. „Wir sind wirklich stolz auf das, was wir geworden sind – von nur drei Geräten in unserem ursprünglichen Werk auf heute mehr als 125, von denen viele erstklassige Maschinen sind. Das Wachstum war zeitweise rasant, aber es war auch ein bewusstes, strategisches Wachstum.“

Die Kunden von Kapco kommen aus verschiedenen Branchen, darunter Kraftsport, Schwertransport, Militärfahrzeuge, Materialtransport und Lagerhaltung, Landwirtschaft und Haushaltsgeräte. Der größte Kunde des Unternehmens ist ein marktführender Hersteller von Offroad-Sportfahrzeugen. Kapco arbeitet im Gleichschritt mit den Side-by-Side- und ATV-Segmenten und stellt buchstäblich Tausende von Teilen für Side-by-Side-Nutzfahrzeuge sowie Straßenmotorräder und Schneemobile her. Zu den Teilen, die gestanzt werden, gehören Unterbodenkomponenten, Unterfahrschutzplatten, Dachhimmel und Türrahmen.

Das Unternehmen befindet sich im 50. Jahr seines Bestehens in einem explosionsartigen Wachstum. „Wir erlebten ein enormes langfristiges Wachstum, nachdem Jim Kacmarcik das Unternehmen im Jahr 2000 übernahm“, sagte Mike Kenny, Vice President of Sales bei Kapco.

Das Unternehmen musste die Produktion schnell steigern.

Kenny erklärte. „Der Produktionszyklus für Powersport-Fahrzeuge ist in Bezug auf Häufigkeit und Tempo zwei- bis dreimal schneller als der typische Automobilzyklus. Es geht also um hohes Volumen, hohes Tempo und schnelle Wechsel. Wenn Sie mit Kunden aus der Kraftsportbranche zusammenarbeiten, müssen Sie natürlich schnell, effizient und flexibel sein. Die schnelle Markteinführung ist eines ihrer Wettbewerbsinstrumente.“

Ausgestattet mit vier Servopressen – einer 176-Tonnen-, zwei 220-Tonnen- und einer 330-Tonnen-Presse – konnte der Drucksaal seine Produktion verdoppeln. Der Einsatz von Teilen in den Servopressen hatte auch positive Vorteile für Werkzeug und Matrizen.

Kenny fügte hinzu: „Unsere Fähigkeit, ihnen dabei zu helfen, schneller, qualitativ hochwertiger und kostengünstiger auf den Markt zu kommen, ist der Schlüssel zu unserem Wertversprechen.“

Kapco suchte nach Möglichkeiten, seine Produktion zu steigern und prüfte die Erweiterung seiner Flotte von 46 mechanischen Pressen um Servopressentechnologie.

„Zwei Situationen führten zu dem Wachstum, das uns dazu veranlasste, uns mit Servos zu befassen“, sagte Kenny. „Entweder haben wir die Arbeit von einem Kunden übernommen, der die Teile nicht mehr selbst produzieren wollte, oder wir haben versucht, Unternehmen zu gewinnen, die ihre Produktion ins Ausland verlagert hatten, diese aber ins Ausland verlagern wollten.“

Das Unternehmen wollte ein Geschäftsmodell dafür entwickeln, Teile schneller und kostengünstiger produzieren zu können, als es ein Kunde selbst tun könnte.

„Zuerst mussten wir zeigen, dass wir kostenmäßig mit dem konkurrieren können, was ein Kunde zu produzieren glaubte. Zweitens mussten wir, um Unternehmen anzulocken, die an Land gehen wollten, sowohl den Materialkostenvorteil als auch den Arbeitskostenvorteil überwinden, den ein Offshore-Konkurrent möglicherweise haben könnte, obwohl dieser den Nachteil der Transport- und Frachtkosten sowie Verzögerungen hat – was nicht unerheblich ist Heute. Das sind Dinge, mit denen wir schon immer konkurrieren mussten, aber in den letzten Jahren sogar noch mehr.

„Drittens war die Arbeitseffizienz. Nach der Corona-Krise stellt der Arbeitsmarkt eine große Herausforderung dar, insbesondere im verarbeitenden Gewerbe.“

Das Kapco-Betriebsteam suchte nach Produktivitätsergebnissen im Drucksaal. „Wir haben untersucht, was wir aus einer Servopresse herausholen können“, sagte Kenny.

Kenny sagte, die höhere Produktivität einer Servopresse würde ihnen eine gute Ausgangsposition verschaffen, um wettbewerbsfähiger zu sein, sowohl was die Kosten als auch die Lieferzeiten betrifft.

James Knepp, technischer Leiter von Kapco Stamping, fügte hinzu: „Aufgrund der Übernahmearbeiten im Bereich Garagentore für Endverbraucher, die wir kürzlich gewonnen hatten, wussten wir, dass wir unsere Pressenkapazität fast erreichen würden. Wir haben uns mit der Servopressentechnologie befasst, um die Kapazität zu erhöhen. Aufgrund unserer internen Recherchen und Gespräche mit Industriepartnern wussten wir, dass wir sie schneller durchführen könnten. Da haben wir also angefangen.“

Geschwindigkeit. Knepp sagte, dass der Hauptgrund für den Kauf von Servotechnologie die höheren Hübe pro Minute (SPM) seien, die er im Drucksaal damit erreichen könne. „Wir haben hier viele mechanische Standardpressen im gleichen Tonnagebereich. Nehmen wir an, sie laufen voll im 40-SPM-Bereich. Die Servos würden es uns ermöglichen, eine Änderung der Hublänge zu programmieren, um die Laufgeschwindigkeit über 40 SPM zu erhöhen, indem wir eine kürzere Hublänge programmieren und die Ausgangsgeschwindigkeiten erhöhen.“

Von entscheidender Bedeutung war die Schulung des engagierten Personals im Drucksaal für den Übergang von der Programmierung mechanischer Pressen mit Kurbelwellen zu Servopressen.

Vielseitigkeit. Knepp glaubte, dass die Vielseitigkeit der Servopresse in Bezug auf Einstellbarkeit und Hubprofile auch für sie von Nutzen sein würde. „Eines der Dinge, die uns an Servopressen wirklich gefielen, war die Flexibilität, die sie uns bieten konnten. Mit einer Servopresse können wir mehrere verschiedene Pressen in einem nutzen.“

Raum. Ein weiterer Gesichtspunkt sei die Stellfläche, sagte Kenny. „Wir brauchten mehr Leistung pro Quadratmeter Fläche. Das war entscheidend, um die benötigten Zahlen zu erreichen. Wir mussten auf derselben Fläche mehr erledigen.“

Ohne genau zu wissen, welche Pressengrößen es benötigen würde, um die unbekannte Nachfrage zu befriedigen, kaufte das Unternehmen zunächst kleine Servopressen – eine AIDA mit 110 Tonnen und eine SEYI SD1-Einzelpressen mit 176 Tonnen.

Knepp sagte: „Wir wussten, dass es sowohl bei den Neuarbeiten als auch bei den Übernahmearbeiten um Mittel- und Dünnspurstanzen gehen würde.“ Die Teile sind aus 10-, 12-, 14- und teilweise sogar 16-ga gestanzt. Material. Es waren alles relativ kleine Teile. „Wir waren auf der Suche nach einer Presse mit kleinem Rahmen, um kürzere Progressionen und kleinere Matrizen verarbeiten zu können. Dadurch konnten wir die Zuleitungen verkürzen und von den dadurch gewonnenen Platzeinsparungen profitieren.“

Knepp fügte hinzu: „Da es sich bei einigen dieser neuen Arbeiten um Übernahmearbeiten handelte, kannten wir nicht unbedingt den gesamten Umfang, als wir die Pressen kauften. Basierend auf dem Teilespektrum, das wir beschafft hatten, verfügte der 110-Tonnen-Lastwagen ziemlich schnell nicht über die erforderliche Tonnagekapazität für das, was wir tun mussten.“

Das Unternehmen behielt die 176-Tonnen-Presse, tauschte jedoch ein Jahr nach dem Erstkauf die 110-Tonnen-Presse gegen eine größere AIDA-330-Tonnen-Presse ein. Gleichzeitig kaufte das Unternehmen zwei SEYI SDI 220-Tonnen-Servopressen – eine Einpunkt- und eine Doppelpunkt-Servopresse – und erhöhte damit seine Servoflotte auf insgesamt vier.

Tempo für eine schnelle Markteinführung. Da Unterbrechungen der Lieferkette aufgrund von COVID-19 weltweit zu Verzögerungen bei Investitionsgütern führten, war eine der Überlegungen bei der Auswahl der Druckmaschine einfach, wie schnell sie beschafft und installiert werden konnte. „Wir haben uns unter anderem angeschaut, was verfügbar ist – sowohl aus der Sicht der Presse als auch der Zufuhrlinie. Wir haben große Anstrengungen unternommen, um die Pressen zu besorgen, sie zu installieren und in Betrieb zu nehmen“, sagte Knepp.

Im Bereich von 176 bis 220 Tonnen war die Installation relativ einfach. Es waren keine Fundamentarbeiten oder Grubeninstallation erforderlich. „Wir holten sie herein, stellten sie auf, versorgten sie mit Strom und begannen mit dem Betrieb“, sagte Knepp.

Er sagte, dass die Zeitspanne von der Installation bis zum ersten guten Stück im Druck etwa acht Wochen betrug.

Zuleitungen. Eine Coil-Zufuhrlinie von Coe Press Equipment versorgt die beiden 220-Tonnen-Pressen, und eine Zufuhrlinie von Dallas Industries liefert Material für die 330-Tonnen-Presse. „Die Zuleitungen waren sofort verfügbar und haben genau unseren Anforderungen entsprochen“, sagte Knepp. Die Programmierung der Feeds war relativ einfach, sodass die Bediener keine umfangreiche Schulung benötigten.

Das Unternehmen installierte vier Servopressenlinien mit Servo-Coil-Zuführlinien.

Die Servospulenvorschübe synchronisieren sich mit der Servobewegung. Bei den meisten Teilen gibt es relativ kurze Vorschubverläufe. „Sie sind durchaus in der Lage, mit den Servopressen mitzuhalten“, sagte Knepp.

Die Erwartungen von Knepp und Kenny, dass die Servopressen die Produktion beschleunigen würden, erwiesen sich als richtig. Durch die Anpassung der Schlittengeschwindigkeit und die Verwendung des Pendelmodus konnte das Team im Drucksaal die Druckgeschwindigkeit erheblich steigern, Teile schneller produzieren und so die Lieferzeiten verkürzen.

„Durch die Einstellung der Servopresse in den Pendelmodus oder Halbhub oder Halbzyklus kam die Geschwindigkeitssteigerung tatsächlich zustande“, sagte Knepp. „Im Durchschnitt ist es im Grunde eine Verdoppelung dessen, was wir mit einer herkömmlichen mechanischen Presse erreicht haben.

„Ich kann buchstäblich eine Matrize aus einer mechanischen Presse nehmen, sie in einen Servo einsetzen und sie doppelt so schnell laufen lassen.“

Der Werkzeugbau von Kapco fertigt und wartet Matrizen. Fast die gesamte Werkzeugwartung des Unternehmens wird im eigenen Haus durchgeführt. Auch im Werkzeugbau hätten sich die Servopressen positiv ausgewirkt, sagte Knepp. „Aus Werkzeugsicht hat uns die Fähigkeit der Servopressen, Hubprofile zu modifizieren, in vielerlei Hinsicht geholfen.“

Zähe Materialien formen. Die Servopresse könne dabei helfen, hochfeste Materialien zu stanzen, sagte Knepp. Der Stempeler verwendet die Pressen, um Kohlenstoffstahl, Aluminium, Edelstahl und verzinkten Stahl zu formen.

„Viele der Märkte, die wir bedienen, stellen auf hochfeste, dünne Materialien um, um das Gewicht zu reduzieren. Einige der Materialien, die wir jetzt stanzen, stellen definitiv eine Abwechslung zum Standard-Kohlenstoffstahl dar, den wir in der Vergangenheit verwendet haben. Durch die Programmierung verschiedener Änderungen des Pressenhubbewegungsprofils sind wir in der Lage, einige dieser schwieriger zu formenden Materialien zu stanzen.“

Entlastung der umgekehrten Tonnage. Die Möglichkeit, die Pressen so zu programmieren, dass sie in Richtung des unteren Totpunkts (BDC) verlangsamt werden, habe das Durchbrechen und die Umkehrkraft erheblich reduziert, berichtete Knepp. „Wir können die Gleitgeschwindigkeit direkt am unteren Ende des Hubs verlangsamen, wenn der Stempel das Material durchdringt. Mit dieser Fähigkeit sind wir in der Lage, sowohl die Vorwärts- als auch die Rückwärtskraft allein durch die Pressengeschwindigkeit zu reduzieren, anstatt das Werkzeugdesign zu ändern.“

Beseitigung von Scherwinkeln an Stempeln . Eine gängige Methode zur Reduzierung der Tonnage ist das Hinzufügen von Scherwinkeln an den Stempeln. Durch die Möglichkeit, die Gleitgeschwindigkeit während bestimmter Abschnitte des Hubs zu ändern, kann die Notwendigkeit von Scherwinkeln an den Stempeln entfallen. „Jetzt sind wir in der Lage, Stempel schneller zu schärfen, indem wir die Anzahl der erforderlichen Einstellungen zum Schleifen von Scherwinkeln reduzieren“, sagte Knepp.

Entfernung der Wiederangriffsstation. Da die Servopressen mit Nachschaltbewegungen oder einem Verweilen am UT programmiert werden können, können Matrizen ohne Nachschaltstationen gebaut werden. „Bei einem Auftrag, bei dem wir drei Stationen hätten und eine ein Re-Hit wäre, sind es jetzt nur noch zwei“, sagte Knepp.

Kapco stanzt, schweißt und laserschneidet jährlich Millionen von Metallteilen.

Diese Reduzierung der Werkzeugwartung ist aufgrund des hohen Volumens, mit dem das Werkzeugteam zu tun hat, erheblich. „Wenn wir mit unseren Kunden ein neues Programm starten, müssen wir möglicherweise mehr als 100 Matrizen in nur wenigen Monaten bauen. Das bedeutet, dass wir unser internes Team und unser externes Tool-Netzwerk optimal nutzen müssen“, sagte Knepp.

Ausbildung. Laut Knepp stand der Drucksaal beim Übergang von der Programmierung mechanischer Pressen zu Servopressen vor Schulungsherausforderungen. „Unsere Leute wussten schon immer sehr gut, wie man eine mechanische Presse programmiert und den Output verwaltet. Mechanische Pressen werden auf der Grundlage der Kurbelumdrehungsgrade programmiert. Beispielsweise würden Vorschubvorschub, Pilotöffnung und Sensorzeitpunkt in Grad Drehung angegeben.

„Die Programmierung von Timing-Ereignissen an einer Servopresse erfolgt nicht in Grad der Drehung; Es basiert auf der Schlittenposition relativ zum BDC und ähnelt eher der Z-Achse eines CNC-Bearbeitungszentrums. Es war also eine große Herausforderung, diese Einstellung zu ändern, da unsere Bediener so viel Erfahrung mit mechanischen Pressen hatten.“

Eine Möglichkeit, wie Kapco mit den Trainingsherausforderungen umging, bestand darin, sich für eine Funktion zu entscheiden, die lineare Bewegungen in kreisförmige Bewegungen umwandelt. „Am Ende haben wir uns für ein Upgrade entschieden, das SEYI als virtuelle Nocke bezeichnet und die im Grunde die lineare Position des Schlittens in virtuelle Grad der Kurbeldrehung umwandelt. Dies war besonders hilfreich, wenn die Presse in Pendelbewegung betrieben wurde. Bediener können über das HMI eine physische Darstellung der Position des Schlittens sowohl in der Höhe vom BDC als auch in den Graden der Drehung sehen. Das hat geholfen. Und als die Leute dann anfingen, das zu verstehen, bekamen sie wirklich ein besseres Verständnis dafür, wie man die Druckmaschine programmiert und welche Programmierung möglich ist.“

Da die Schlittenbewegung der Servopressen manuell mit dem Impulsrad an der Pressensteuerung bewegt werden kann, sagte Knepp, könne das Team das Timing wirklich genau beobachten. „Mit der Möglichkeit, den Schlitten nach oben und unten zu bewegen, ähnlich wie bei einem CNC-Bearbeitungszentrum, können Sie genau sehen, wo die Piloten eingreifen oder wo der Abstreifer beginnt, das Material zu berühren. Man kann ein endlicheres Programm haben als mit den meisten mechanischen Pressen.“

Kapitalaufwand. Servopressen seien immer noch teurer als mechanische Pressen, sagte Kenny. „Das ist ein Faktor, aber wir sind zufrieden mit dem, was wir mit unseren Servopressen erreichen konnten.“

Die Aufrechterhaltung eines äußerst erfolgreichen Produktionsunternehmens ist für Kapco von entscheidender Bedeutung, da sich die Mission des Unternehmens darauf konzentriert, positive Veränderungen in seiner Gemeinde durch andere Bemühungen innerhalb der Unternehmensfamilie Kacmarcik Enterprises zu beeinflussen, zu der Kapco gehört und die Organisationen im Industrie-, Verbraucher- und Wohltätigkeitssektor umfasst. Der Erfolg von Kapco hat Kacmarcik Enterprises in eine Expansionsposition gebracht, da das Unternehmen Unternehmen und Organisationen hinzufügte und gleichzeitig sein Engagement verstärkte, das Leben von einer Million Menschen im Südosten von Wisconsin jedes Jahr positiv zu beeinflussen.

Bis zu diesem Jahr lag der Schwerpunkt des Unternehmens darauf, etwas zurückzugeben, und zwar durch Initiativen wie Camp Hometown Heroes, das Kinder unterstützt, die während des Militärdienstes ein Familienmitglied verloren haben; Camp Reunite, das sich für den Aufbau von Bindungen zwischen Kindern und ihren inhaftierten Eltern einsetzt; oder Kids2Kids, das sich dafür einsetzt, Jugendliche aus der Gemeinde dazu zu bewegen, denjenigen etwas zurückzugeben, denen es weniger gut geht. Allerdings wird Kacmarcik Enterprises diesen Herbst das neue Kacmarcik Center for Human Performance eröffnen, eine Einrichtung, die mutig versucht, Menschen – sowohl Mitarbeitern von Kacmarcik Enterprises als auch Mitgliedern der Gemeinschaft und darüber hinaus – dabei zu helfen, ihr volles Potenzial durch Lernen, Bildung und Anstrengung auszuschöpfen sich von allen vorherbestimmten Einschränkungen zu befreien, die möglicherweise zuvor bestanden haben.

„Es ist schön, Kindern zu helfen, denen es weniger gut geht, indem man Kleidung spendet. Es ist schön, Familien dabei zu helfen, eine Verbindung aufzubauen. Spielzeugfahrten zu organisieren ist schön. Aber können wir nicht noch mehr tun?“ fragte Kacmarcik. „Ich glaube, das gibt es. Und dieses Ziel, Menschen auf nachhaltige Weise positiv zu beeinflussen, indem man ihnen hilft, die beste Version ihrer selbst zu werden – das ist wirklich „unser Warum“, wenn wir uns auf den Weg in die Zukunft machen.

„Das ist es, was uns als Organisation wirklich antreibt“, fügte Kacmarcik hinzu.