Намаляване на отпадъците при штамповане на метал: 5 технически стратегии за рентабилност

Накратко

Намаляване на отпадъците при металообработката чрез штамповане не е просто въпрос на поддържане на ред; това е най-ефективният инструмент за увеличаване на печалбите, като се има предвид, че суровините обикновено представляват 50–70% от общата стойност на детайлите. За да превърнат отпадъците от непоправими разходи в конкурентно предимство, производителите трябва да приложат трикомпонентен подход: Дизайн на продукта (DFM) , Оптимизация на инструментите (като напреднало разположение и рециклиране на отпадъци), и Контрол на процеса (наблюдение въз основа на сензори). Основният показател за успех е Коефициент на използване на материали (MUR) —процентът от суровия лист, който се превръща в готово изделие.

Това ръководство разглежда технически стратегии за максимизиране на MUR, от прилагането на „нано спойки“ за по-плътно разположение до използването на сензори с „активен контрол на скоростта“, които предотвратяват дефекти в реално време. Като преминат от просто отстраняване на отпадъци към инженерно насочено намаляване на отпадъците, операциите по штамповане могат да възстановят значителни маржинални печалби.

Стратегия за оптимизация 1: Напреднало подреждане и използване на материала

Най-непосредствената възможност за намаляване на отпадъците се крие в инженерното проектиране на оформлението на лентата. Оптимизация на разположението се отнася до практиката за подреждане на части върху метална лента с цел минимизиране на празното пространство (решетка) между тях. Докато стандартните разположения „един по един“ са прости за проектиране, често те оставят прекомерно количество скелетни отпадъци. Напреднали стратегии като „два по два“ или „с интеркасиране“ могат да увеличат използването на материала с 5–15%, което директно влияе на крайния резултат.

Мощна техника включва подреждане по истинска форма използването на съвременни технологии като нано съединения . Както детайлират водещи в индустрията като TRUMPF, нано фиксациите са миниатюрни задържащи езици, които свързват детайла с лентата, замествайки по-големите традиционни микрозакрепващи езици. Тъй като тези езици са минимални, детайлите могат да бъдат разположени директно един до друг без риск от изтриване или сблъсък. Тази близост позволява значително по-плътни компоновки, намалявайки необходимата ширина на междинните прегради между детайлите и ефективно увеличавайки броя на продуктите от всяка руло.

Друг подобен напреднал подход е смесена компоновка на детайли , където по-малък, различен компонент се изсича от отпадъчната зона на по-голяма детайл. Класически пример, цитиран от ESI Engineering Specialties, включва производител на снаряжение за дайвинг, който произвежда 20 000 D-образни пръстена годишно. Инженерите осъзнали, че могат да изсекат по-малък пръстен, подобен на шайба, от вътрешния „D“ изрязан контур на по-големия пръстен — материал, който иначе би бил отхвърлен. По този начин се получават ефективно два компонента за материалната цена на един. Важно обаче е да се приложи едно основно правило: обемът на производството на по-големия компонент трябва да бъде равен или по-голям от този на по-малкия вграден компонент, за да се избегне натрупването на запаси от ненужни части.

Основен контролен списък за преглед на разположението по лента

• Ширина на моста: Оптимизирана ли е ширината на лентата според дебелината на материала?
• Посока на зърното: Ориентирани ли са огъванията перпендикулярно на зърнестостта, за предотвратяване на пукания?
• Завъртане на детайла: Може ли завъртането на детайла с 180 градуса да позволи междинно захващане?
• Смесено вграждане: Има ли по-малък компонент в артикулния списък (BOM), който може да се побере в отпадъчната зона?

Стратегия за оптимизация 2: Проектиране на матрици и инженерни решения

След като подредбата е оптимизирана, фокусът се премества към физическото оборудване. Дизайн на прогресивна матрица предоставя уникални възможности за възстановяване на материали чрез „матрици за отпадъци“ или „възстановяващи матрици“. Матрицата за отпадъци е вторичен инструмент, проектиран специално да приема скрапа (отпадъците), генериран от първична операция, и да изстампува полезна част от него. Въпреки че това увеличава разходите за инструменти, дългосрочната икономия при серийно производство често оправдава инвестициите.

За непрекъснато производство някои произвеждащи използват техника на „зашизване на скрап“ . Както се посочва в технически дискусии от The Fabricator, парчета скрап понякога могат да бъдат механично закрепени заедно (чрез бутални ключове или подобни устройства), за да се създаде непрекъсната лента, която може да се подава във вторична прогресивна матрица. Това креативно инженерно решение позволява автоматизирано подаване на това, което преди е било рехав отпадък. Инженерите обаче трябва да бъдат внимателни упорстват при обработка . Металът, който вече е деформиран или напрегнат при първата операция, може да загуби пластичността си, което го прави неподходящ за дълбоко изтеглени вторични части. Най-добре подхожда за прости скоби или плоски компоненти.

Потвърждаването на тези сложни концепции за инструменти преди прехода към твърда стомана е от решаващо значение. Тук сътрудничеството с производител, фокусиран върху възможностите, става задължително. Компании като Shaoyi Metal Technology предложение комплексни решения за щамповане които преминават плавно от бързо прототипиране към масово производство. Като използват възможността им да доставят квалифицирани прототипи в рамките на само пет дни, инженерите могат да тестват потока на материала и осъществимостта на опаковането още в началния етап на проектирането, осигурявайки реализирането на агресивни стратегии за намаляване на отпадъците според стандарти за високотонажно автомобилно производство (IATF 16949).

Стратегия за оптимизация 3: Предотвратяване на дефекти и контрол на процеса

Отпадъците не са само скелетът, останал след изрезката; те включват и частите, които изхвърляте. Важно е да се прави разлика между проектирани отпадъци (вътрешности) и производствени отпадъци (дефектни части) е от съществено значение. Докато инженерните отпадъци са резултат от конструктивен избор, производствените отпадъци са следствие от процесен дефект. Чести дефекти като издърпане на охлюви —при които пробитият щифт залепва за повърхността на пуансона и поврежда следващата детайл—могат да унищожат хиляди части, ако не бъдат открити.

За борба с това производителите все по-често прибягват до сензорна технология в матрицата . Съвременните системи, като например Активен контрол на скоростта посочен от TRUMPF, използват сензори за наблюдение на процесното лъчение и автоматично регулиране на скоростите на подаване. Ако системата засече потенциален проблем, като например разтопеният материал не се формира правилно или щифтът не се изхвърля, тя може да коригира параметрите или незабавно да спре пресата. Това променя парадигмата от „проверка на качеството чрез отстраняване“ (сортиране на дефектни части след факта) към „производство на качество в процеса“.

Друг инструмент за намаляване на производствените отпадъци е внедряването на Визуални системи и Drop & Cut технология. За остатъчните листове — краищата на рулоните или скелетите, които все още имат употребяема площ — камерните системи могат да наслагват графики на детайли върху живото видео на листа. Операторите след това могат чрез плъзгане и пускане да поставят цифрови файлове с детайли върху остатъчния материал, за да изрязват спасителни части незабавно. Това гарантира, че дори и „неизползваните“ краища на рулоните допринасят за приходите, а не отиват в контейнера за рециклиране.

Стратегия за оптимизация 4: Проектиране за производствена осъществимост (DFM)

Най-икономически ефективният момент за намаляване на отпадъците е преди да бъде изработен матрицата. Проектиране за производство (DFM) включва сътрудничество между инженери по продукти и инженери по штамповка, за да се адаптира геометрията на компонентите към стандартните ширини на ленти. Често малка промяна — например намаляване на фланеца с 2 мм или промяна на радиуса на ъгъл — може да позволи на детайл да се побере на по-тясна стандартна лента или да се разположи по-плътно до съседния си.

Изборът на материал също играе роля. Инженерите трябва да оценят дали един компонент може да бъде штампан вместо механичен . Машинната обработка е процес на отнемане, при който до 80% от блока се превръща в стружка (отпадък). С друга страна, штамповането е процес за получаване на крайна форма. Както отбелязва ESI, преходът от обработен компонент към штампан не само значително намалява отпадъците от материали, но често подобрява и скоростта на производство. Освен това, проектиращите трябва да спазват посока на зърното . Ориентирането на детайл в лентата само с цел максимално плътен подред, без да се вземе предвид посоката на зърнестостта, може да доведе до пукане по време на огъване, което води до 100% скрап за тази партида. Балансиран DFM подход взема предвид спестяванията от материал в съчетание с надеждността на процеса.

Заключение: Превръщане на отпадъците в печалба

Намаляването на отпадъци при металното штампиране е мултидисциплинно предизвикателство, което възнаграждава точността и креативността. Като се отдалечат от гледната точка, че отпадъците са просто „разход за провеждане на бизнес“, производителите могат да разкрият значителни скрити печалби. Интегрирането на напреднали стратегии за гнездене, като нано връзки, креативното повторно използване на отпадъци чрез възстановяващи матрици и използването на умни сензори създава здрава система, в която използването на материалите е максимизирано.

Успехът изисква промяна в мисленето: да се вижда всеки квадратен инч от рулото като потенциален приход. Независимо дали чрез малки корекции в проектирането за производство (DFM), които позволяват по-добро гнездене, или чрез инвестиции в умни контролни системи за преси, които предотвратяват хиляди дефекти, целта остава една и съща – максимизиране на коефициента за използване на материал (MUR) и осигуряване, че единственият метал, напускащ завода, е във вид на качествени, продаваеми части.

Често задавани въпроси

1. Каква е разликата между отпадъци и отпадъчен материал при металното штампиране?

Въпреки че термините често се използват като синоними, „скрап“ обикновено се отнася за рециклируем метал (като например оста или вътрешностите), който има остатъчна парична стойност при продажба на търговец. „Отпадък“ или „боклук“ обикновено се отнасят за нерециклируеми материали или ресурси, които нямат стойност за възстановяване. В контекста на икономичното производство обаче всеки закупен материал, който не се продава като продукт, се счита за отпадък, който трябва да бъде минимизиран.

2. Как намаляването на разходите за материали чрез подреждане на части?

Подреждането оптимизира разположението на детайлите върху металната лента, за да се минимизира празното пространство между тях. Чрез използване на техники като захващане на части, въртене или поставяне на по-малки части в скрап зоните на по-големите, производителите могат да произвеждат повече части от една ролка. Тъй като разходите за материали често представляват 50–70% от общата цена на детайла, увеличаването на броя части от ролка директно намалява единичната цена.

3. Кои са най-честите дефекти, които причиняват скрап при штамповане?

Чести дефекти, които водят до отхвърлени части (производствен скрап), включват издърпане на охлюви (където отпадъчният материал се връща обратно в матрицата), заешки опашки (остри ръбове от тъпи инструменти или неправилен разтвор), напукване/сцепление (често поради проблеми с посоката на зърното), и завиване . Предотвратяването на тези дефекти изисква редовна поддръжка на матриците и наблюдение на процеса.

4. Какво е матрица за отпадъци или възстановяваща матрица?

Матрица за отпадъци, известна още като възстановяваща матрица, е специализиран инструмент за щамповане, предназначен да произвежда по-малка, отделна част, използвайки скрап материала (отпадъци), генериран от основна операция по щамповане. Например, изрязаната метална част от рамка на автомобилния прозорец може да се подава в матрица за отпадъци, за да се щампува малък скоб, като по този начин се получава безплатен материал за вторичната част.

5. Как влияе посоката на зърното върху нормите за скрап?

Металната лента има „зерно“ подобно на дървото, което се създава по време на процеса на валцоване. Огъването на метала успоредно на зерното може да причини пукнатини по външната страна на огъва, което води до отхвърляне на детайлите. Проектирането на оформлението на лентата така, че критичните огъвания да се извършват перпендикулярно или напречно на зерното, предотвратява тези пукнатини, дори ако това означава леко по-малко оптимизирана плътност на гнездуване.