Snížení odpadu při tváření kovů: 5 technických strategií pro ziskovost

SHRNUTÍ

Snižování odpadu při kovové tvárné výrobě není jen otázkou úklidu; jedná se o nejúčinnější nástroj ke zvýšení ziskovosti, protože suroviny obvykle tvoří 50–70 % celkových nákladů na díl. Aby si výrobci mohli udělat z odpadu, místo aby byl považován za ztrátové náklady, konkurenční výhodu, musí přijmout trojí přístup: Návrh výrobku (DFM) , Optimalizace nářadí (např. pokročilé rozmísťování a recyklace zbytků), a Řízení procesu (sledování na základě senzorů). Hlavním ukazatelem úspěchu je Poměr využití materiálu (MUR) —procento plochy původního plechu, které se stane hotovým dílem.

Tato příručka zkoumá technické strategie pro maximalizaci poměru MUR, od použití „nano spojů“ pro hustší rozmísťování až po využití senzorů s „aktivní regulací rychlosti“, které v reálném čase zabraňují vzniku vad. Přechodem od základního odstraňování odpadu k inženýrsky řízenému snižování odpadu mohou provozy tvárné výroby značně zvýšit své marže.

Strategie optimalizace 1: Pokročilé rozmisťování a využití materiálu

Nejzřejmější příležitost ke snížení odpadu spočívá v návrhu rozložení pásu. Rozvrhování označuje uspořádání dílů na kovovém pásku tak, aby se minimalizovalo prázdné místo (mezioken) mezi nimi. Zatímco standardní rozložení „jednoduché“ jsou jednoduchá na navržení, často zanechávají nadměrný mřížkový odpad. Pokročilé strategie, jako je rozložení „dvojité“ nebo „interlock“, mohou zvýšit využití materiálu o 5–15 %, což přímo ovlivňuje konečný výsledek.

Výkonnou technikou je rozmísťování podle skutečného tvaru využití moderních technologií, jako je nano spoje . Jak podrobně popisují odborníci z řad firem jako TRUMPF, nano spoje jsou malé upevňovací západky, které spojují díl s páskem a nahrazují větší tradiční mikro spoje. Protože tyto západky jsou minimální, lze díly rozmisťovat těsně vedle sebe bez rizika vychýlení nebo kolize. Tato blízkost umožňuje výrazně hustší rozložení, snižuje šířku nosného materiálu mezi díly a efektivně tak z každé cívky vydobývá více výrobků.

Dalším sofistikovaným přístupem je rozmísťování různých dílů dohromady , kde menší, odlišná součástka je vystřižena ze zbytkové oblasti větší součástky. Klasickým příkladem uváděným společností ESI Engineering Specialties je výrobce potápěčského vybavení, který ročně vyrobí 20 000 D-kroužků. Inženýři si uvědomili, že mohou vystřihnout menší kroužek ve tvaru podložky z vnitřního výstřihu ve tvaru „D“ většího kroužku – materiálu, který by jinak byl zahozen. Tím se efektivně získají dvě součástky za materiálové náklady jedné. Existuje však jedno důležité pravidlo: výrobní objem větší součástky musí být roven nebo větší než objem menší vnořené součástky, aby nedocházelo k hromadění zásob nepotřebných dílů.

Klíčový kontrolní seznam pro kontroly rozvržení pásu

• Šířka mostu: Je šířka nosiče optimalizována pro tloušťku materiálu?
• Směr vlákna: Jsou ohyby orientovány kolmo na směr vlákna, aby se zabránilo praskání?
• Otočení součástky: Umožňuje otočení součástky o 180 stupňů její zasunutí do jiné?
• Smíšené vnořování: Existuje menší součástka v BOM, která se vejde do zbytkové oblasti?

Optimalizační strategie 2: Návrh a inženýrská řešení nástrojů

Jakmile je uspořádání optimalizováno, zaměří se pozornost na fyzické nástroje. Návrh postupných matric nabízí jedinečné příležitosti k navrácení materiálu prostřednictvím „odřezkových nástrojů“ nebo „nástrojů pro zpětné získání“. Odřezkový nástroj je sekundární nástroj speciálně navržený tak, aby přijímal odpad (odřezky) vzniklý při primární operaci a vyražoval z něj použitelnou součástku. I když to zvyšuje náklady na nástroje, dlouhodobé úspory při sériové výrobě často investici ospravedlní.

Pro nepřetržitou výrobu někteří lisovníci používají techniku „spojování odřezků“ . Jak je uvedeno ve technických diskusích časopisu The Fabricator, kusy odpadu lze někdy mechanicky spojit (pomocí aretací nebo podobných zařízení) a vytvořit tak nepřerušovaný pás, který lze přivádět do sekundárního postupného nástroje. Toto inženýrské řešení umožňuje automatizované přívody dříve volně ležících zbytků. Inženýři však musí být opatrní zpevněním v důsledku deformace . Kov, který byl již v první operaci deformován nebo namáhán, může ztratit tažnost, čímž se stane nevhodným pro hlubokotažené sekundární díly. Nejlépe se hodí pro jednoduché úhelníky nebo ploché komponenty.

Ověření těchto složitých konceptů nástrojů před provedením do tvrdé oceli je rozhodující. Právě zde je klíčové spolupracovat s výrobcem zaměřeným na kapacity. Společnosti jako Shaoyi Metal Technology nabídka komplexní tvářecí řešení které pokrývají celý proces od rychlého prototypování až po sériovou výrobu. Využitím jejich schopnosti dodat kvalifikované prototypy již za pět dní mohou inženýři testovat tok materiálu a uskutečnitelnost rozmístění již v rané fázi návrhu, čímž zajistí, že agresivní strategie snižování odpadu budou proveditelné podle standardů vysokosériové automobilové výroby (IATF 16949).

Strategie optimalizace 3: Prevence vad a kontrola procesu

Odpad není jen kostra, která zůstává po výrobě; zahrnuje také díly, které vyhazujete. Je nutné rozlišovat mezi navrženým odpadem (vedlejšími produkty) a výrobním odpadem (vadné díly) je zásadní. Zatímco technologicky podmíněný odpad je důsledkem konstrukčního rozhodnutí, výrobní odpad je selháním procesu. Běžné vady, jako například vytahování odpadu —kdy se vyrazovaný kus přichytí na tvář nástroje a poškodí další díl—mohou poškodit tisíce dílů, pokud nejsou včas odhaleny.

Proti tomu bojují výrobci stále častějším využíváním senzorové technologie do nástrojů . Moderní systémy, jako například Aktivní řízení rychlosti zdůrazněné společností TRUMPF, využívají senzory ke sledování procesního záření a automaticky upravují rychlost podávání materiálu. Pokud systém detekuje potenciální problém, například nesprávné vytvoření taveniny nebo nevyhození vyrazovaného kusu, může upravit parametry nebo okamžitě zastavit lisy. Tím dochází ke změně paradigmatu od „kontroly kvality“ (třídění vadných dílů až po výrobě) ke „výrobě zabudované kvality“.

Dalším nástrojem pro snížení výrobního odpadu je zavedení Vizuální systémy a Drop & Cut technologie. U zbývajících listů – konců cívek nebo kostr, které stále mají využitelnou plochu – mohou kamerové systémy překrýt grafiku dílu na živém obrazovém přenosu listu. Operátoři pak mohou pomocí technologie drag-and-drop umisťovat digitální soubory dílů na zbývající materiál a ihned tak řezat náhradní díly. Tím je zajištěno, že i "nevyužitelné" koncové části cívek přispívají k tržbám namísto odchodu do recyklace.

Strategie optimalizace 4: Návrh pro výrobní příznivost (DFM)

Nejúčinnější čas na snížení odpadu je ještě před tím, než je vůbec vyroben lisovací nástroj. Návrh pro výrobu (DFM) zahrnuje spolupráci mezi konstruktéry výrobků a inženýry tváření, kteří přizpůsobují geometrii součásti běžným šířkám pásu. Často drobná změna – například snížení šířky příruby o 2 mm nebo úprava rohového poloměru – umožní umístění dílu na užší standardní cívku nebo jeho těsnější uspořádání vedle sousedního dílu.

Výběr materiálu také hraje roli. Inženýři by měli posoudit, zda lze díl tvářet místo obrábět . Obrábění je proces, při kterém se až 80 % bloku přemění na třísky (odpad). Výrazným kontrastem k tomu je tváření, které je procesem vyrábějícím finální tvar. Jak uvádí ESI, přechod z obráběné součásti na tvářenou nejen výrazně snižuje odpad materiálu, ale často také zvyšuje rychlost výroby. Navíc musí návrháři respektovat směr vláken . Orientace součásti na pásku výhradně za účelem maximální hustoty uspořádání, aniž by byl zohledněn směr vláken materiálu, může vést k prasknutí při ohýbání, což má za následek 100% výrobu zmetků pro danou várku. Vyvážený přístup DFM vyvažuje úsporu materiálu s spolehlivostí procesu.

Závěr: Přeměna odpadu na zisk

Snížení odpadu při tváření kovů je víceoborovou výzvou, která odměňuje přesnost a kreativitu. Když výrobci upustí od názoru, že odpad je pouze „nákladem podnikání“, mohou objevit významné skryté zisky. Integrace pokročilých strategií rozmístění, jako jsou nano spoje, kreativní opětovné využití zbytků pomocí recyklačních nástrojů a nasazení chytrých senzorů vytváří robustní systém, ve kterém je využití materiálu maximalizováno.

Úspěch vyžaduje změnu myšlení: každý čtvereční palec plechu je potenciálním příjmem. Ať už prostřednictvím malých úprav konstrukce pro lepší rozmístění, nebo investicí do chytrého řízení lisy, které zabrání tisícům vad, zůstává cíl stejný – maximalizovat poměr využití materiálu (MUR) a zajistit, že jediný kov opouštějící továrnu má podobu kvalitních, prodejných dílů.

Nejčastější dotazy

1. Jaký je rozdíl mezi odpadem a zmetkem při tváření kovů?

I když se tyto termíny často používají zaměnitelně, „šroty“ obvykle označují recyklovatelné kovy (např. mřížku nebo vnitřnosti), které mají při prodeji obchodníkovi určitou zbytkovou peněžní hodnotu. „Odpad“ nebo „smetí“ obvykle označuje materiály nebo suroviny, které nelze recyklovat a nemají žádnou hodnotu pro zpětné získání. V kontextu štíhlé výroby je však jakýkoli zakoupený materiál, který není prodán jako výrobek, považován za odpad, jehož je třeba minimalizovat.

2. Jak snižuje dělení dílů náklady na materiál?

Dělení optimalizuje rozmístění dílů na kovovém pásku, aby minimalizovalo prázdný prostor mezi nimi. Použitím technik, jako je zapínání dílů do sebe, jejich otáčení nebo umisťování menších dílů do míst určených na šrot u větších dílů, mohou výrobci vyrobit více dílů z jednoho svazku. Jelikož náklady na materiál často představují 50–70 % celkových nákladů na díl, zvyšuje se tak přímo počet dílů na cívku a jednotkové náklady klesají.

3. Jaké jsou nejběžnější vady, které způsobují šrot při tváření?

Běžné vady vedoucí k odmítnutí dílů (výrobní šrot) zahrnují vytahování odpadu (kde je odpadní materiál vtahován zpět do razníku), otřepy (ostré hrany z opotřebovaného nástroje nebo nesprávné mezery), rozdělení/prasknutí (často způsobené problémy s směrem vláken), a zmračení . Zabránit těmto jevům vyžaduje pravidelnou údržbu razníků a sledování procesu.

4. Co je odpadní razník nebo recyklační razník?

Odpadní razník, také známý jako recyklační razník, je specializovaný nástroj pro tváření, navržený k výrobě menšího, samostatného dílu s využitím odpadního materiálu (odpadu) vzniklého při primární tvářecí operaci. Například kovový výstřih z rámu okna automobilu může být veden do odpadního razníku k vytažení malého úhelníku, čímž se efektivně získá zdarma materiál pro sekundární díl.

5. Jak ovlivňuje směr vláken výši odpadu?

Kovová páska má „vlákno“ podobně jako dřevo, které vzniká během válcovacího procesu. Ohýbání kovu ve směru vlákna může způsobit praskliny na vnější straně ohybu, což vede k odmítnutí dílů. Navržením rozložení pásu tak, aby důležité ohyby probíhaly kolmo na vlákno nebo napříč vláknem, se tomuto praskání zabrání, i když to může znamenat mírně nižší optimalizaci využití plechu.