プロトタイパーは、ツーリングメーカーのリンクが欠落していることが証明されています

Sep 06, 2023

Kirksite で作られたプロトタイプの金型は数週間で構築できます。 画像：オートメタルクラフト

ミシガン州グランドラピッズにある Tooling Systems Group は、プレス金型、金型ツーリング、組立システム、鋼板製造、機械販売、受託加工会社として定評があります。 TSG は、GM、フォード、トヨタ、ホンダ、BMW、FCA、日産、フォルクスワーゲン、メルセデスベンツなど、誰もがうらやむような自動車 OEM 企業に大量生産のスタンピング ツールを提供する承認済みの Tier 1 サプライヤーです。

同社は 1983 年に 5 人の金型メーカーでスタートし、現在では 600 人の従業員を擁しています。 買収によってその能力と機能を拡大し、現在では 13 社の組織となっています。

ツール グループは、社内にプロトタイピングの専門知識と機能がなかったため、一部のプロジェクトで損失を被る状況に遭遇していました。 試作を外注するとコスト競争力がなかった。 会社の経営陣は、それに加わるプロトタイプの会社を探しました。

ミシガン州オークパークの Auto Metal Craft に入社してください。このメーカーは、70 年以上にわたってプロトタイピングと短期スタンピングを専門としています。 50 人の従業員が社内でツーリング、レーザー切断、プレスおよび検査機能、ロボット GMAW、抵抗溶接を行っています。 最大の顧客はGMです。

Auto Metal Craft の業界に対する情熱とその専門知識はかなり確立されていました。 同社の規模は過去 5 年間で 2 倍になりました。

TSGは試作会社の買収を申し出、オートメタルクラフトはこれを受け入れた。 社長のケント・ウッディが退任し、副社長のチャック・カーチが社長職を引き受けた。 取引は2022年8月22日に完了した。

「TSGは、プロトタイプ/少量生産のサプライヤーを買収または合併することを検討していました。彼らは独自のプロトタイプ能力を持っていなかったため、機会を逃していました」とカーチ氏はコメントした。 「私たちは短期間でツーリングを作るための知識とノウハウを持っています。」

カーチ氏は、「我々は依然としてオートメタルクラフトだが、ツーリングシステムグループの一員である」と付け加えた。

大手ツール会社がプロトタイピング機能の必要性を認識したという事実は、その機能を持つことの重要性を実際に示しています。

「一部の企業は、プロトタイピングをコンピュータシミュレーションに置き換えることができると言って、プロトタイピングから離れることについて話しています。私は過去25年間、この話を聞いてきました」とカーチ氏は語った。 「それは真実とはかけ離れています。彼らは依然としてこれらの物理的な部品を必要としています。」

プロトタイプによる検証中に得られた教訓があります。 ハードツールを製造する前に、プロトタイプツールを使用して変更をより簡単に行うことができます。

自動車メーカーは、プロトタイプの部品とアセンブリを Auto Metal Craft から購入して検証します。 彼らは衝突テストを行ったり、テストトラックに乗せたりする場合があります。 彼らは、生産に入る前に物理的な車両を検証したいと考えている、とカーチ氏は主張する。

「さらに、検証中に学んだ教訓もあります…『ああ、これはうまくいきませんでした』」とカーチ氏は続けた。 「あるいは、制作部門がやって来て、『それは本番では作れません』と言います。 したがって、彼らはいくつかの領域を柔らかくし、いくつかの変更を加えますが、ほとんどの場合、プログラム中に彼らは私たちに戻ってきて、私たちはデザインの変更のプロトタイプも作成します。」

通常、プロトタイプの工具材料は異なります。 制作プロセスが異なり、短期間で作成されます。 金型が小さくなり、満足のいく部品が製造された後すぐに工具材料を再溶解して再利用できるため、工具の価格に影響します。 最も重要なのは、作成時間が大幅に短縮されたことだとカーチ氏は伝えた。

ハードツーリング。 長期にわたるハードなツールの設計には数か月かかり、構築には 30 週間かかる場合があります。 「トランスファーダイは長さが 30 フィートにもなり、非常に扱いにくいだけです。トランスファーダイは D2 などの硬い鋼で作られています。多くの小さなツール部品がすべて大きなダイシューにまとめられているため、非常に高価になる可能性があります。すべてが設計されています。ツール。"

たとえば、トランスファーラインでは、自動フィーダーがシートメタルを解き、工具に送り込んで部品を形成します。 同じツールで 3 つまたは 4 つの成形操作といくつかのトリミング操作が行われる場合があります。 外側のトリムとすべての穴が金型に穴を開ける可能性があります。 カーチ氏によると、ダイにはフランジを形成するカムが取り付けられている可能性があるという。 「つまり、1 つのツールには 10 のステーションがあり、最終的には完全なパーツが吐き出されます。」

部品にスタンプが押されたら、検証する必要があります。 「彼らはPPAP（生産部品の承認プロセス）を行う必要があるため、すべてが完璧に稼働するまでには1年近くかかる可能性があります。」

プロトタイプのツール。 通常、少量生産のプロトタイプ ツールは、大量生産用のハード ツールとは異なる方法で構築されているとカーチ氏は言います。 「はるかに安価で、迅速です。部品のフォーム ツールを数週間で開発できます。」

主な理由は、プロトタイプのツールを耐久性を持たせるために作る必要がないため、より柔らかい金属で作ることができることです。 「私たちは鋼と T6 アルミニウムを使用しますが、通常はカークサイトから作られます。カークサイトはアルミニウム/亜鉛ベースの工具材料です。つまり、基本的には工具を設計し、鋳造所に鋳造してもらい、ここに持ち込んで、当社の高速ミルで切り出します。

「カークサイトは再利用可能な材料です。部品にスタンプを押したら、たとえば最後の実行から 1 年後、鋳造工場に送り返して溶かすことができます。したがって、顧客は実際に料金を支払う必要はありません」 「カークサイトの工具材料の代金です。彼らは設計、エンジニアリング、切削などにお金を払っていますが、実際には工具鋼の代金は払っていません。これは大きな節約になります」とカーチ氏は語った。

カーチ氏によると、カークサイトの工具材料はデトロイト地域の特産品だという。 「世界でこれを使用している他の地域を私は知りません。それが、自動車のプロトタイピングと少量生産ツールのほとんどがデトロイトメトロポリタンで行われる理由かもしれません。」

複雑なプレス加工されたアセンブリでもプロトタイプを作成できます。

プロトタイプ ツールがハード ツールよりも安価であるもう 1 つの理由は、プロトタイプ ツールがハード ツールに必要なすべてのプロセスを構成していないため、プロトタイプ ツールがはるかに小さいことです。 さらに、手で供給したり移したりできるように設計されています。 「そこで、スチールまたはアルミニウムのブランクを工具に手作業で適用し、手動プレス機で部品を打ち抜くオペレーターがいます。プレス機では部品はトリミングされません。当社の 4 つのレーザー切断機の 1 つで部品を加工します。」すべてのトリミングと穴開けを機械が行うのです」とカーチ氏は語った。

時間枠。 金型設計をオートメタルクラフト社に提供し、金型を製作します。 「私たちはそれをスタンプします。トリムと穴をレーザーカットするためにレーザー治具を内部で構築します。チェック治具でそれを認定する可能性があります。それらのチェック治具は数日で構築できます。」

通常、プロトタイプは 6 ～ 8 週間で作成されます。 複雑で完全に組み立てられた金型やプロトタイプであっても、14 週間で完成できると彼は言いました。

「プロトタイプが 1 週間半、2 週間、3 週間で完成することもありました。1 つのプロジェクトには 14 個の小さなブラケットがありました。当社の顧客は、『クレイジーなのはわかっていますが、10 日以内に必要です』と言いました。」 私たちはそれをやりました」とカーチ氏は語った。

通常、カークサイトの工具は、形成する材料にもよりますが、少なくとも約 300 個の部品に耐えられます。 より柔らかい素材をスタンプする場合、その数は 1,000 に達する可能性があります。

Auto Metal Craft が 1,200 個の部品を扱うプロジェクトの場合、カークサイトと同じ考え方で鋼またはアルミニウム工具鋼が使用されます。 ただ少し費用がかかります。 素材は鋳造ではなく鋼ビレットを購入し、それをNCカットする。 「現在、超高強度のシート材料がたくさん出回っています。実際にはカークサイトよりも硬い二相の非常に硬質な加工材料であるため、工具はすぐに摩耗してしまいます。その場合、鋼を使用する必要があります。」

地元のサプライヤーが鋼材を供給します。 バーンアウトとは、大きなプレートから火炎カッターで切断されて焼き切られた厚い鋼の塊のことです。 「プレート全体を購入する必要はありません。厚さは 18 ～ 20 インチにすることができます。CNC で切断し、側壁にホールドダウンを追加して、それを同じプレスにかけることができます。私たちはカークサイトを運営しています」とカーチ氏は語った。

バーンアウトのリードタイムはわずか 1 ～ 2 週間なので、それもはるかに早いです。 「中型の部品の場合、カークサイト金型を構築して最初のスタンピングを 5 週間で行うことができますが、スチール金型の場合は 8 週間かかる可能性があります」とカーチ氏は述べています。

同社は小型の成形金型を構築しているところですが、部品はレーザーでトリムされるため、トリム工具は一切必要ありません。

「最初の部品をレーザーカットしてから数日後には、スタンピングが行われ、品質チェックができるようになります。これはプロセスがはるかに速いだけです。まだ試行錯誤や開発がいくつかありますが、それでも以前よりはるかに速いです」硬い金型からスタンピングを行うことができます。

自動車メーカーは、プロトタイプの部品とアセンブリを Auto Metal Craft から購入して検証します。 彼らは衝突テストを行ったり、テストトラックに乗せたりする場合があります。 彼らは、生産に入る前に物理的な車両を検証したいと考えています。

「しかし、私たちは50万個ものプレス加工をしているわけではありません。私たちが作っているものは、長持ちするものではありません」とカーチ氏は語った。

カーチ氏によると、自動車業界の電気自動車への移行に伴い、より多くのツールプロジェクトで新しい設計をテストするためにより多くのプロトタイピングが必要になったという。 オートメタルクラフトは最近、電気自動車の試作を数多く行っていると彼は語った。 「私たちは、特に昨年、多くのEVの活動を見てきました。私たちはここでいくつかのバッテリートレイを作成しました。私たちが行った最初のバッテリートレイのプロトタイプは、12、15年前のハイブリッドシボレーボルト用でした。」

カーチ氏によると、メーカーはプレス加工だけでなく、その車両のアセンブリも含めて約 300 のアセンブリを試作したという。

「多くの新興電気自動車会社は現在、短期間の少量プレス加工を望んでいます。そこで少量生産の仕事が登場します。初期段階では、彼らはその量がどのくらいになるのか本当に知りません。」

同社は、新しい配送用バンの Tier 2 サプライヤー向けの大規模プロジェクトを完了したところです。

「私たちはこれまでに見たことのないほど多くのプロトタイピングを行ってきました。それは加速しています。つまり、最初の部品を作成し、その後変更を加え、さらに変更を加えていきます。最終的には何百もの部品を実行することになります。

「より多くのアセンブリとより多くのバッテリートレイが見られるようになっていると思います。それらは通常スチールかアルミニウムです。私は現在、アメリカの電動パワートレインメーカーであるライトニングへの直接サプライヤーにアルミニウムの押し出し材、スタンピング、およびいくつかの鋳物を見積もっています。」 eモーター。

「私たちの顧客の多くは、生産を急いでいるという理由で私たちに来ます。彼らは製品をより早く生産に移そうとしています。つまり、プロトタイプを迅速に作成する必要があるということです」とカーチ氏は言いました。

Auto Metal Craft の TSG への合併は、すでに相互利益を示しています。

TSG は、プロトタイピング能力の欠如を理由に一部のプロジェクトを逃す必要がなくなりました。 プロジェクトの開始からプロトタイピング段階まですべてを提供し、同じプロジェクトで生産ツールを使用します。 「今では、『当社は 1 回限りのプロトタイプまたは 100 個の実行を提供できます。あるいは、500,000 個の実行が必要な場合でも、当社にはその能力があります。これで、私たちはあなたのためにプロトタイピングを行うことができ、その後、同じ製品のハード ダイを構築します。」 つまり、より幅広い機能と、売上を伸ばすための新たな道が与えられたのです」とカーチ氏は語った。

プロトタイプのスタンピングには、鋭い角などの特定のデザイン機能が製造できない可能性がある場所が示されています。

TSG は組織的な方法で Auto Metal Craft を支援しています。 TSG は設備投資に資金を提供するためのより深い井戸を持っています。 オートメタルクラフトにはなかったシミュレーションプログラムも搭載しています。

TSG には人事スタッフがおり、オート メタル クラフトは従業員の問題を解決しています。 「私たちが抱えていた問題の 1 つは、この業界で働く人材、人材を見つけることです。それはますます困難になってきています。ここで働く全員の少なくとも 90% が試作板金の経験があります。

「目的は、TSGとともに成長し続けることであり、TSGも我々とともに成長し続け、いくつかの本当に大きなプロトタイプ企業と競争できる立場に立つことだ」とカーチ氏は付け加えた。

金型のトリムや内部の穴を作成するのではなく、レーザーで切断されます。