TL;DR

Auton muovausmateriaalin hyödyntämistä on valmiin osan painon ja käytetyn raakametallin kokonaismäärän kriittinen suhde, joka määrittää jopa 70 % osan lopullisesta tuotantokustannuksesta. Tämän saannon maksimointi edellyttää perusjärjestelyjen ylittämistä ja kehittyneempien strategioiden, kuten kaksiparin asettelun, käyttöönottoa, mikä voi parantaa materiaalitehokkuutta yli 11 % verrattuna tavalliseen yhden osan asitteluun. Tässä oppaassa käsitellään insinöörilaskentakaavoja, asitteluvoimia ja prosessioptimointeja, jotka ovat välttämättömiä jätteen vähentämiseksi ja voittomarginaalien suojelemiseksi suurten sarjojen valmistuksessa.

Materiaalin hyödyntämisen talous

Autoteollisuuden korkean panostason maailmassa raaka-aine ei ole vain rivikulu — se on hallitseva kustannustekijä. Aluetiedot osoittavat, että useimmille leikatuille komponenteille raaka-aine muodostaa 60–70 % koko osakustannuksesta tämä prosenttiosuus on merkittävästi suurempi kuin työvoiman, energian ja jopa monimutkaisten työkalujen poistojen kustannukset.

Tämän suhteen taloudellinen vaikutus on vakava, koska materiaalikustannukset toistuvat jatkuvasti. Vaikka leikkuutyrä on yhden kertaisen sijoituksen arvoinen, teräs- tai alumiinikelma kuluu jatkuvasti. Materiaalin hyödyntämisteho 60 % tarkoittaa, että jokaista levymetalliin käytettyä dollaria kohti 40 senttiä muuttuu välittömästi romuksi (sivutuotteeksi). Suurissa automobiliteollisuuden tuotantosarjoissa, joissa määrät ylittävät usein vuosittain 300 000 yksikköä, jo pienikin parannus tuottoprosentissa voi merkitä satojentuhansien dollareiden säästöjä.

Puolestaan materiaalin hyödyntämisen laiminlyöminen suunnitteluvaiheessa luo 'tuottotappion' – pysyvän kustannusrangaistuksen, joka jatkuu koko ajoneuvohankkeen elinkaaren ajan. Päätöksentekijöiden on nähtävä materiaalitehokkuus pelkän jätemäärän vähentämisen mittarina, vaan sen sijaan ensisijaisena keinona kilpailukykyiselle hinnoittelulle ja kannattavuudelle.

Materiaalin hyödyntämisasteen laskeminen

Materiaalikustannusten hallitsemiseksi insinöörien on ensin mitattava käyttöaste tarkasti. Materiaalin käyttöasteen alanormin mukainen määritelmä on kelan tai levyn prosenttiosuus, joka muuttuu lopulliseksi tuotteeksi.

Ydinlaskukaava

Laskenta on suoraviivainen, mutta vaatii tarkat syöttötiedot tyhjennysjärjestelystä:

Materiaalin käyttöaste % = (Osan nettomassa / Kulutetun materiaalin bruttomassa) × 100

• Nettopaino: Valmiin leikatun osan lopullinen massa kaikkien reikien porauksen ja leikkausten jälkeen.
• Brutto paino: Koko materiaalin massa, joka tarvitaan kyseisen osan valmistamiseen, laskettuna käyttäen Askellus (etäisyys osien välillä nauhalla) Kelan leveys .

Esimerkiksi, jos valmis kiinnike painaa 0,679 kg, mutta kelan varaan jäävä suorakulmainen tila (jaonleveys × leveys × paksuus × tiheys) painaa 1,165 kg, hyötyaste on vain 58,2 %. Loput 0,486 kg on suunniteltua hukka-ainesta. Hyötyasteen nostaminen 68 %:iin vähentää huomattavasti kappalekohtaista raakapainoa, mikä alentaa suoraan kelan ”ostopainoa”.

Edistyneet tyhjennysstrategiat maksimaalista tuottoa varten

Tehokkain tapa parantaa auton muovausmateriaalin hyödyntämistä on tyhjennysjärjestely – se, miten osat asetellaan ja järjestetään kelan nauhalle. Väärän järjestelystrategian valinta on yleisin syy heikkoon tuottoprosenttiin.

Alla on vertaileva analyysi tyypilliselle L-muotoiselle auton kiinnikkeelle käytetyistä yleisistä tyhjennysjärjestelyistä. Teollisuussimulaatioista saatujen tietojen perusteella voidaan nähdä, kuinka järjestelyn valinta vaikuttaa ratkaisevasti tuottotehokkuuteen.

Tyhjennysstrategian vertailu

Kuten esitetty, siirtyminen perus Yksi kerrallaan prosessista optimoituun Two-Pair asetteluun voi parantaa saantoa yli 11 prosenttiyksiköllä. Tuotantosarjassa, jossa on 300 000 osaa, tämä muutos vähentää teräksen kokonaiskulutusta tonneittain, eliminoimalla tehottomasta leikkuusta aiheutuvan "kustannusrangaistuksen".

Teknilliset ja prosessioptimointitekniikat

Nestauksen lisäksi edistyneet teknilliset toimenpiteet voivat saada entistä enemmän tehokkuutta vaappuprosessiin. Näihin tekniikoihin liittyy usein tiivis yhteistyö tuotesuunnittelijoiden ja valmistustekniikkojen välillä jo varhaisessa vaiheessa ajoneuvon kehityssykliä.

Lisäosan ja kiinnikkeen optimointi

Syvävetoprosesseissa tarvitaan ylimääräistä materiaalia (lisämateriaali) pitämään levy muottikiinnikkeissä, jotta voidaan säätää materiaalin virtausta ja estää rypleiden syntymistä. Tämä materiaali kuitenkin leikataan lopulta pois roskaksi. Simulointiohjelmistoilla, kuten AutoFormilla tai Dynaformilla, voidaan vähentää lisämateriaalin pinta-alaa muotinlaadun heikentämättä. Tyhjän koon pienentäminen vain muutamalla millimetrillä kiinnikkeen reunalla voi tuottaa merkittäviä materiaalisäästöjä miljoonien iskujen aikana.

Kumppanuus tarkkuudesta

Näiden optimointien toteuttaminen edellyttää kykyjä, jotka yhdistävät teoreettisen suunnittelun ja fyysisen todellisuuden. Valmistajille, jotka pyrkivät vahvistamaan näitä strategioita, Shaoyi Metal Technology tarjoaa kattavat stampausratkaisut. Hyödyntämällä IATF 16949 -sertifioitua tarkkuutta ja painokapasiteettia, joka nousee jopa 600 tonniin, he auttavat automobiilialan asiakkaita siirtymään nopeasta prototyyppivaiheesta suurten sarjojen valmistukseen. Tarvitsetpa 50 prototyyppiä viidessä päivässä verkon strategian varmentamiseen tai skaalaat tuotosoptimoitua suunnittelua miljooniin osiin, heidän insinööripalvelunsa takaavat tiukan noudattamisen globaaleja OEM-tasoja.

Kevyn määritelmä ja TWB

Toinen optimointimahdollisuus liittyy raaka-aineen muottiin itseensä. Standardilevykaistojen leveydet saattavat pakottaa valmistajan hyväksymään laajemmat jätealueet reunoilla. Räätälöityjen halkaisuleveyksien tilaaminen tiettyyn verkkoon soveltuvaksi voi poistaa reunajätteen. Lisäksi Laserhitsatut levyt (TWB) mahdollistavat insinööreille eri paksuisten tai luokkien levyjen hitsaamisen yhteen ennen muovauksen. Tämä sijoittaa paksumman, vahvemman metallin vain sinne, missä sitä tarvitaan (esim. törmäysvyöhykkeet) ja ohuempaa metallia muualla, mikä vähentää raakalevyn painoa ja parantaa ajoneuvon materiaalihyötykäyttösuhdetta.

Hukkapuolin hallinta ja kestävyys

Parhaimmista mahdollistusstrategioista huolimatta osa hukkapuolesta on väistämätöntä. Tämä "suunniteltu hukkapuolet" koostuu tyypillisesti osan sisäosista (reikien muodossa) ja kantavan verkon osista. Kuitenkin nykyaikaiset tehokkuusstandardit käsittävät tämän poistevyöhykkeen mahdollisena resurssina puhtaasti jätteen sijaan.

• Hukkapuolesta tuotanto: Suuremmille runkopaneleille, kuten oville tai vanteille, suuret ikkunaleikkaukset voivat joskus olla tarpeeksi isoja pienempien kiinnikkeiden tai pesuslevyjen valmistamiseksi. Tämä "hukkapuolen sisäinen mahdollistus" tarkoittaa käytännössä ilmaista materiaalia pienemmille komponenteille.
• Kestävyysvaikutus: Materiaalin hyödyntämisen maksimointi on suoraan yhteydessä ympäristövastuuseen. Vähentämällä ajoneuvoon tarvittavan teräksen bruttomaassaa valmistajat pienentävät hiilijalanjälkeään, joka liittyy teräksen tuotantoon ja logistiikkaan. Tehokkaat leikkuuprosessit tukevat ISO 14001 -tavoitteita ja OEM-valmistajien kestävyysmääräyksiä vähentämällä kulutettua energiaa kohden käyttökelpoista metallikilogrammaa.

Johtopäätös: Voitto on siinä, miten hyvin hyödynnetään

Autoteollisuuden muovausmateriaalin hyödyntäminen on määrittelevä mittari valmistustehokkuudelle. Koska materiaalikustannukset muodostavat suurimman osan osien kustannuksista, 58 %:n ja 69 %:n tuottavuuden ero määrittää ohjelman kannattavuuden. Ottamalla käyttöön datanohjattuja asettelustrategioita, käyttämällä simulaatiota lisäosan vähentämiseksi ja yhteistyötä kykenevien valmistajien kanssa toteutuksessa, autoteollisuuden insinöörit voivat merkittävästi vähentää jätettä. Toimialalla, jossa katteet mitataan senteissä, jokaisen kelan millimetrin hyödyntäminen täyteen ei ole vain hyvää tekniikkaa – se on olennainen liiketoimintastrategia.

Usein kysyttyjä kysymyksiä

1. Mikä on raaka-aineen hyödyntöntämuovauksessa?

Raaka-aineen hyödyntöaste on valmiin, käytettävissä olevan osan painon suhde raaka-aineen (kelan tai levyn) kokonaispainoon, joka on kulunut sen valmistukseen. Se ilmoitetaan prosentteina: (Net Weight / Gross Weight) * 100. Korkeampi prosentti tarkoittaa vähemmän jätettä ja alhaisempia materiaalikustannuksia.

2. Miksi materiaalin hyödyntäminen on kriittistä autoteollisuudessa?

Raaka-aineet muodostavat tyypillisesti 60–70 % automatiesteiden kokonaiskustannuksista. Koska ajoneuvojen tuotantomäärät ovat suuret, jo pienikin hyötyosuuden parannus (jätteen vähentäminen) johtaa merkittäviin kumulatiivisiin kustannussäästöihin ja vähentää ympäristövaikutuksia.

3. Mikä on ero One-Up- ja Two-Up-nestauksen välillä?

One-Up-nestaus valmistaa yhden osan jokaista painokiskoa kohden, mikä usein johtaa alhaisempaan materiaalihyötysuhteeseen (esim. ~58 %) tehottoman välistimen vuoksi. Two-Up-nestaus tuottaa kaksi osaa kiskoa kohden, mikä mahdollistaa paremman geometrian lukkiutumisen (nestauksen), jolloin hyötysuhde voi huomattavasti parantua (usein >60 %) sekä tuotantonopeus kasvaa.

4. Mitä materiaaleja käytetään yleisimmin autoteollisuuden syvävetämiseen?

Hiili terästä käytetään laajimmin sen lujuuden ja edullisuuden vuoksi, ja se on saatavana eri laaduissa, kuten pehmeä teräs ja korkealujuinen teräs (HSS). Alumiiniseoksia käytetään myös yhä enemmän keventämistarkoituksiin polttoaineen säästöjen parantamiseksi, vaikka niiden muovaus onkin haastavampaa.