Reducer affald ved metalstansning: 5 tekniske strategier for rentabilitet

TL;DR

At reducere affald ved metalstansning er ikke blot en rengøringsopgave; det er den mest effektive måde at øge rentabilitet på, da råmaterialer typisk udgør 50–70 % af samlede produktionsomkostninger. For at gøre affald til en konkurrencefordele i stedet for en fast omkostning, skal producere anvende en trefold strategi: Produktdesign (DFM) , Værktøjsoptimering (såsom avanceret pladelægning og restmateriale-genbrug), og Processtyring (sensorbaseret overvågning), Materialeudnyttelsesforholdet (MUF) —den procentdel af råplade, der bliver til færdigt produkt.

Denne guide undersøger tekniske strategier for at maksimere MUF, fra implementering af "nano-fuger" til tættere pladelægning, til brug af "aktiv hastighedsstyring"-sensorer, der forhindre fejl i realtid. Ved at gå ud over simpel affaldsbortskaffelse og i stedet anvende teknisk drevet affaldsreduktion, kan stansoperationer genskabe betydelige marginer.

Optimeringsstrategi 1: Avanceret pladsudnyttelse og materialeeffektivitet

Den mest umiddelbare mulighed for at reducere affald ligger i konstruktionen af stripelayoutet. Nesting henviser til praksis med at anbringe dele på et metalbånd, så det tomme mellemrum (stroppen) mellem dem minimeres. Selvom standard "one-up"-layouter er nemme at designe, efterlader de ofte for meget skrogaffald. Avancerede strategier som "two-up" eller "indbygget" pladsudnyttelse kan øge materialeudnyttelsen med 5–15 %, hvilket direkte påvirker resultatet.

En kraftfuld teknik indebærer sandform-pladsudnyttelse ved anvendelse af moderne teknologier som nano-forbindelser . Som beskrevet af brancheledere som TRUMPF, er nano-forbindelser små fastholdelsesflikker, der forbinder emnet med rullen og erstatter større traditionelle mikroforbindelser. Da disse flikker er minimale, kan emner placeres direkte ved siden af hinanden uden risiko for sammenstød eller vipning. Denne tætte placering gør det muligt at opnå væsentligt mere kompakte layouter, hvilket reducerer webbredden mellem emnerne og effektivt øger antallet af produkter udvundet fra hver spole.

En anden sofistikeret metode er blandet emneplacering , hvor en mindre, anden komponent stanses ud af affaldsområdet på en større del. Et klassisk eksempel nævnt af ESI Engineering Specialties omhandler en producent af dykkerudstyr, der producerer 20.000 D-ringe om året. Ingeniørerne indså, at de kunne stanse en mindre skivering ud af den indre "D"-udskæring i den større ring – materiale, som ellers ville blive kasseret. Dette resulterede effektivt i to dele til materialets pris for én. Der gælder dog en vigtig tommelfingerregel her: Produktionsvolumenet af den større del skal være lig med eller større end det af den mindre indlejrede del for at undgå ophobning af lagerbeholdning af unødige komponenter.

Nøgleliste til gennemgang af båndlayout

• Brobrede: Er stribens bredde optimeret i forhold til materialtykkelsen?
• Kornretning: Er bøjninger orienteret vinkelret på fiberretningen for at forhindre revner?
• Drejning af del: Kan drejning af delen 180 grader tillade sammenfaldende layout (interlocking)?
• Blandet indlægning: Findes der en mindre del i BOM'en, der kan placeres i affaldszonen?

Optimeringsstrategi 2: Die Design & Ingeniørløsninger

Når layoutet er optimeret, skifter fokus til den fysiske værktøjsudstyr. Progressiv stålslagningsskema tilbyder unikke muligheder for at genskabe materiale gennem "affaldsdies" eller "recovery dies". Et affalds die er et sekundært værktøj, der specifikt er designet til at modtage affaldet (affald) produceret af en primær operation og stemple en brugbar del ud heraf. Selvom dette øger værktøjsomkostningerne, retfærdiggør de langsigtet besparelser ved højvolumsproduktion ofte investeringen.

For kontinuerlig produktion anvender nogle stansere en teknik af "sømning" af affald . Som bemærket i tekniske diskussioner af The Fabricator, kan affaldsstykker nogle gange blive mekanisk fastgjort sammen (ved brug af toggle-lås eller lignende enheder) for at skabe et kontinuerligt bånd, der kan blive fødet ind i en sekundær progressiv die. Denne kreative ingeniørløsning tillader automatiseret tilførsel af, hvad der tidligere var løst affald. Ingeniører skal dog være forsigtige med arbejdsforhærdning . Metal, der allerede er blevet deformerede eller påvirket i den første operation, kan miste sin ductilitet og dermed blive uegnet til dybforskødede sekundærdele. Det egner sig bedst til enkle beslag eller flade komponenter.

At validere disse komplekse værktøjskoncepter, inden der investeres i hærdet stål, er afgørende. Det er her, at samarbejde med en kapacitetsfokuseret producent bliver afgørende. Selskaber som Shaoyi Metal Technology tilbud omfattende stanseløsninger der danner bro mellem hurtig prototyping og masseproduktion. Ved at udnytte deres evne til at levere kvalificerede prototyper på så lidt som fem dage, kan ingeniører teste materialestrøm og nesting-feasibilitet tidligt i designfasen og dermed sikre, at aggressive strategier til affaldsreduktion er levedygtige for højvolumen automobilstandarder (IATF 16949).

Optimeringsstrategi 3: Forhindring af defekter og proceskontrol

Affald handler ikke kun om det skelet, der bliver tilbage; det handler også om de dele, du smider væk. Det er vigtigt at skelne mellem konstrueret affald (slagteaffald) og produktionsaffald (defekte dele) er afgørende. Mens teknisk påregnet affald er et designvalg, er produktionsaffald en procesfejl. Almindelige defekter såsom slug Pulling —hvor et stemplet stykke sidder fast i stempelets ansigt og beskadiger det næste emne—kan ødelægge tusindvis af dele, hvis det ikke opdages.

For at bekæmpe dette indfører producenter i stigende grad formonterede sensorsystemer . Moderne systemer, såsom Aktiv Hastighedsregulering fremhævet af TRUMPF, bruger sensorer til overvågning af processtråling og justerer automatisk tilførselshastigheden. Hvis systemet registrerer et potentielt problem, såsom smeltet materiale, der ikke formas korrekt, eller et stykke, der ikke udskydes, kan det justere parametrene eller stoppe pressen med det samme. Dette ændrer paradigmet fra »efterkontrol af kvalitet« (sortering af dårlige dele bagefter) til »produktion af kvalitet«.

Et andet værktøj til reduktion af produktionsaffald er implementering af Vision-systemer og Drop & Cut teknologi. For restplader—enderne af ruller eller skeler der stadig har brugbar areal—kan kamerasystemer lægge billedet af komponenter oven på det direkte videobillede af pladen. Operatører kan derefter trække og slippe digitale komponentfiler på det tilbageværende materiale for at skære reservedele øjeblikkeligt. Dette sikrer, at selv de "ubrugelige" ender af ruller bidrager til omsætningen i stedet for at ende i genbrugscontaineren.

Optimeringsstrategi 4: Design til producibilitet (DFM)

Det mest omkostningseffektive tidspunkt for at reducere affald er før stansen overhovedet er bygget. Design for fabrikabilitet (dfm) omfatter en samarbejdsproces mellem produktudviklere og stansingeniører for at tilpasse komponentgeometrien til standardstrimmelbredder. Ofte kan en lille ændring—såsom at reducere en flangebredde med 2 mm eller ændre en hjørneradius—gøre det muligt for en del at passe på en smallere standardrulle eller placere sig tættere sammen med sin nabo.

Valg af materiale spiller også en rolle. Ingeniører bør vurdere, om en del kan blive stanset i stedet for maskineret . Maskinbearbejdning er en subtraktiv proces, hvor op til 80 % af en blok omdannes til spåner (affald). I modsætning hertil er stansning en nettoformningsproces. Som ESI påpeger, reducerer omstilling fra en maskinbearbejdet komponent til en stanset komponent ikke alene materialeaffaldet drastisk, men forbedrer ofte også produktionshastigheden. Desuden skal designere respektere korndirection . At orientere en del på strip'en udelukkende for maksimal udnyttelse uden at tage højde for kornretningen, kan føre til revner under bøjning og resultere i 100 % scrap for det pågældende parti. En afbalanceret DFM-tilgang afvejer materialebesparelser mod procespålidelighed.

Konklusion: Omdan affald til profit

At reducere affald ved metalstansning er en tværfaglig udfordring, der belønner præcision og kreativitet. Ved at afvise opfattelsen af affald som blot en 'omkostning ved at drive forretning' kan producenter afsløre betydelige skjulte profitter. Integrationen af avancerede nesting-strategier såsom nano-forbindelser, den kreative genanvendelse af restmateriale gennem recovery-dåser og anvendelsen af smarte sensorer skaber et robust system, hvor materialeudnyttelsen maksimeres.

Succes kræver en ændring i sindsholdning: at se hver kvadrattomme af rullen som potentiel indtjening. Uanset om det sker gennem mindre DFM-justeringer, der muliggør bedre nesting, eller investering i intelligente pressekontroller, der forhindrer tusindvis af defekter, forbliver målet det samme – maksimér materialeudnyttelsesforholdet (MUR) og sikr, at det eneste metal, der forlader fabrikken, er i form af kvalitetsfulde, salgbare dele.

Ofte stillede spørgsmål

1. Hvad er forskellen mellem affald og spild ved metalstansning?

Selvom begreberne ofte bruges som synonymer, henviser "skrot" typisk til genanvendeligt metal (som for eksempel stropskrot eller indvoldsskrot), der har en vis restværdi, når det sælges til en køber. "Affald" eller "skrald" refererer normalt til materialer eller ressourcer, der ikke kan genanvendes, og som ikke har nogen værdigenvindingsværdi. I en lean-produktionskontekst betragtes ethvert materiale, der købes, men ikke sælges som produkt, dog som affald, der skal minimeres.

2. Hvordan reducerer delopstilling materialeomkostningerne?

Opstilling optimerer layoutet af dele på metalstrimlen for at minimere det ubrugte mellemrum mellem dem. Ved at anvende teknikker som sammenføjning af dele, rotering af dem eller placering af mindre dele i skroтомråderne af større dele, kan producenter fremstille flere dele pr. spole. Da materialeomkostninger ofte udgør 50–70 % af den samlede delomkostning, reducerer øget antal dele pr. spole direkte stykomkostningen.

3. Hvad er de mest almindelige fejl, der forårsager skrot i stansning?

Almindelige fejl, der fører til forkastede dele (produktionsskrot), inkluderer slug Pulling (hvor affaldsmateriale trækkes tilbage i værktøjet), flænger (skarpe kanter fra sløve værktøjer eller forkert spalt), spaltning/revner (ofte på grund af problemer med kornretning), og rynking . Undgåelse af disse kræver regelmæssig vedligeholdelse af værktøjer og overvågning af processen.

4. Hvad er et affaldsværktøj eller genanvendelsesværktøj?

Et affaldsværktøj, også kendt som genanvendelsesværktøj, er et specialiseret stansværktøj, der er designet til at fremstille en mindre, særskilt del ved hjælp af affaldsmaterialet (affald) fra en primær stansoperation. For eksempel kan det metaludskæringsmateriale, der opstår fra en bilvinduesramme, føres ind i et affaldsværktøj for at stanse et lille beslag, hvilket effektivt giver gratis materiale til den sekundære del.

5. Hvordan påvirker kornretning affaldsprocenten?

Metalrullen har en "kornretning" ligesom træ, som opstår under valsprocessen. At bøje metal parallelt med kornretningen kan forårsage revner på ydersiden af bøjningen, hvilket fører til forkastede dele. Hvis man designer ristelayoutet, så vigtige bøjninger foregår vinkelret på eller tværs over kornretningen, undgås disse revner, selv om det betyder en let mindre optimeret pladeludning.