Hulladékcsökkentés fémlemez alakítás során: 5 technikai stratégia a jövedelmezőség érdekében

TL;DR

A selejt csökkentése fém alakítás során nem csupán rendrakási feladat; ez az egyetlen leghatékonyabb eszköz a jövedelmezőség növelésére, tekintve, hogy a nyersanyagok általában az alkatrész teljes költségének 50–70%-át teszik ki. Ahhoz, hogy a selejtből ne veszteség, hanem versenyelőny legyen, a gyártóknak hármas stratégiát kell alkalmazniuk: Terméktervezés (DFM) , Berendezés Optimalizálása (például fejlett elhelyezés és selejt visszanyerés), valamint Folyamatvezérlés (szenzor-alapú figyelés). A siker elsődleges mérőszáma a Anyagkihasználási Arány (MUR) —a nyerslemez azon százaléka, amely kész alkatrésszé válik.

Ez az útmutató olyan technikai megoldásokat ismertet, amelyek maximalizálják az MUR-t, a „nano kapcsolatok” alkalmazásától a sűrűbb elrendezés érdekében egészen a hibák valós idejű megelőzését lehetővé tevő „aktív sebességszabályozó” szenzorok használatáig. Az alapvető hulladékeltávolítástól az innovatív selejtcsökkentésig vezető úton a sajtolóművek jelentős nyereséget tudnak visszanyerni.

Optimalizációs stratégia 1: Haladó tömörítés és anyagkihasználás

A legkézenfekvőbb lehetőség a selejt csökkentésére a sáv elrendezésének tervezésében rejlik. Alklap elrendezés azt jelenti, hogy az alkatrészeket úgy helyezik el egy fém sávon, hogy minimalizálják közöttük a szabad helyet (rács). Míg a szabványos „egyszeres” elrendezések egyszerűen megtervezhetők, gyakran túlzott vázmaradékot hagynak. Olyan haladóbb stratégiák, mint a „kétszeres” vagy az „egymásba kapcsolódó” tömörítés akár 5–15%-kal növelhetik az anyagkihasználást, közvetlenül javítva ezzel a végső eredményt.

Egy hatékony technika a valódi alakú tömörítés a modern technológiák, például a nano kapcsolatok . Ahogy az ipar vezető szereplői, például a TRUMPF részletezte, a nano kapcsok apró reteszelő nyelvek, amelyek a darabot az anyagszalaghoz rögzítik, és kiváltják a hagyományos, nagyobb mikrokapcsokat. Mivel ezek a nyelvek minimális méretűek, a darabok egymás közvetlen közelében helyezhetők el anélkül, hogy kiemelkedésük vagy ütközésük fellépne. Ez a közelség lehetővé teszi, hogy lényegesen sűrűbb elrendezést alkalmazzunk, csökkentve a darabok között szükséges anyagközt, így hatékonyabban kihasználva minden tekercset.

Egy másik kifinomult megközelítés a kevert darabok egymásra helyezése , ahol egy kisebb, más alkatrész ki van ütve a nagyobb alkatrész hulladékterületéről. Az ESI Engineering Specialties által említett klasszikus példa egy scuba felszerelést gyártó cég, amely évi 20 000 darab D-gyűrűt állít elő. A mérnökök rájöttek, hogy egy kisebb, alátétgyűrű-szerű elemet is kinyomhatnak a nagyobb gyűrű belső „D” formájú kivágásából – olyan anyagból, amelyet egyébként eldobtak volna. Így hatékonyan két alkatrészt kaptak az egy alkatrész anyagköltségéért. Ugyanakkor itt egy fontos szabály érvényesül: a nagyobb alkatrész gyártási mennyiségének egyenlőnek vagy nagyobbnak kell lennie a kisebb, beágyazott alkatrész mennyiségénél, hogy elkerüljék a felesleges alkatrészek raktáron halmozódását.

Ellenőrzőlista sávbeosztási felülvizsgálatokhoz

• Híd szélesség: Optimális-e a híd szélessége az anyagvastagsághoz?
• Szövetirány: Merőlegesek-e a hajlítások az anyagrészhöz képest, hogy megakadályozzák a repedést?
• Alkatrész elforgatása: Lehetőség van az alkatrész 180 fokos elforgatásával egymásba kapcsolódó elrendezésre?
• Vegyes beosztás: Szerepel-e a darabjegyzékben (BOM) egy kisebb alkatrész, amely illeszkedik a hulladékzónába?

Optimalizációs stratégia 2: Kivágószerszám tervezés és mérnöki megoldások

Miután a kialakítás optimalizálva lett, a figyelem a fizikai szerszámokra helyeződik át. Haladó mátrixtervezés egyedi lehetőségeket kínál az anyag visszanyerésére „hulladék szerszámok” vagy „visszanyerő szerszámok” segítségével. A hulladék szerszám egy másodlagos eszköz, amelyet kifejezetten az elsődleges művelet során keletkező hulladék (offal) felhasználására terveztek, hogy ebből hasznosítható alkatrészt készítsen. Bár ez növeli a szerszámköltségeket, a nagy sorozatgyártás hosszú távú megtakarításai gyakran indokolják a befektetést.

Folyamatos termelés esetén néhány kivágó üzem alkalmaz egy technikát „hulladékok összefűzése” . Ahogyan a The Fabricator szakmai vitáiban is említették, a hulladékdarabokat időnként mechanikusan össze lehet rögzíteni (kapcsos zárak vagy hasonló eszközök segítségével), így folyamatos szalagot létrehozva, amelyet másodlagos progresszív kivágószerszámokba lehet vezetni. Ez a kreatív mérnöki megoldás lehetővé teszi a korábban laza hulladékként keletkező anyag automatizált betáplálását. Azonban a mérnököknek óvatosnak kell lenniük keményedésükben . Az a fém, amelyet az első művelet során már deformáltak vagy megterheltek, elveszítheti alakíthatóságát, így mélyhúzásra alkalmas másodlagos alkatrészekhez nem alkalmas. Egyszerű konzolokhoz vagy lapos alkatrészekhez a legalkalmasabb.

Kritikus fontosságú ezek összetett szerszámkoncepcióinak érvényesítése a kemény acélba való áttérés előtt. Itt válik elengedhetetlenné egy képességközpontú gyártóval való együttműködés. Olyan vállalatok, mint a Shaoyi Metal Technology kínál komplex sajtómegoldásokat nyújtanak amelyek hidat építenek a gyors prototípusgyártás és a tömeggyártás között. Mérnökök azáltal, hogy kihasználják képességüket minősített prototípusok szállítására akár öt napon belül, korai szakaszban tesztelhetik az anyagáramlást és a kivágási lehetőségeket, így biztosíthatják, hogy az agresszív selejtcsökkentési stratégiák alkalmazhatók legyenek nagy volumenű autóipari szabványok (IATF 16949) esetén.

Optimalizálási stratégia 3: Hibaelhárítás és folyamatirányítás

A selejt nemcsak a hátramaradó vázról szól; hanem azokról az alkatrészekről is, amelyeket el kell dobni. Megkülönböztetést kell tenni a tervezett selejt (hulladék) és a gyártási selejt (hibás alkatrészek) kritikus fontosságú. Míg a tervezett selejt egy tervezési döntés, addig a gyártási selejt egy folyamathiba. Gyakori hibák, mint például slug Pulling —amikor egy kivágott darab a lyukasztó élén ragad és tönkreteszi a következő alkatrészt—, ha nem észlelik őket, több ezer alkatrész meghibásodását okozhatják.

Ennek csökkentésére a gyártók egyre inkább alkalmaznak sajtban lévő érzékelőtechnológiát . A modern rendszerek, mint például a Aktív Sebességszabályozás amelyet a TRUMPF emel ki, szenzorokat használnak a folyamat sugárzásának figyelésére, és automatikusan szabályozzák az előtolási sebességet. Ha a rendszer potenciális problémát észlel, például nem megfelelően kialakuló olvadt anyagot vagy nem kiejtett slug-ot, képes paraméterek módosítására vagy azonnali sajtmegállításra. Ez átalakítja a minőségmegközelítést a „minőség utólagos ellenőrzéséről” (a rossz alkatrészek szortírozása) a „minőség beépítésére a gyártás során”.

Egy másik eszköz a gyártási selejt csökkentésére a Látási rendszerek és Drop & Cut technológia. A maradék lemezeknél – a tekercsek vagy vázak végmaradványai, amelyek még mindig rendelkeznek felhasználható területtel – kamerarendszerek alkatrész-grafikákat helyezhetnek el a lemez élő videóképén. A műveletvezetők ezután egyszerű húzás-és-illesztéssel helyezhetik el a digitális alkatrész-fájlokat a megmaradt anyagon, így azonnal kivághatók tartalék alkatrészek. Ez biztosítja, hogy még a „nem hasznosítható” tekercsvégek is bevételt hozzanak, ahelyett, hogy a szelektív gyűjtésbe kerülnének.

Optimalizálási stratégia 4: Gyártásra való tervezés (DFM)

A legköltséghatékonyabb időpont a selejt csökkentésére az, mielőtt a sablon elkészülne. Tervezés gyártáshoz (DFM) a terméktervezők és a sajtoló-mérnökök közötti együttműködést jelenti, hogy az alkatrész geometriáját szabványos sávszélességekhez igazítsák. Gyakran egy apró változtatás – például egy perem szélességének 2 mm-rel történő csökkentése vagy egy sarki rádiusz módosítása – lehetővé teheti, hogy egy alkatrész keskenyebb szabványos tekercsre illeszkedjen, vagy jobban illeszkedjen a szomszédjához.

Az anyag kiválasztása is szerepet játszik. A mérnököknek érdemes megvizsgálniuk, hogy egy alkatrész sajtolható-e gépi megmunkálás helyett . A megmunkálás egy additív eljárás, amely egy blokk akár 80%-át forgácsolja (hulladék). A sajtolás ezzel szemben egy nettó alakító eljárás. Ahogyan az ESI is rámutatott, egy megmunkált alkatrész sajtoltra történő áttérésével nemcsak jelentősen csökkenthető az anyaghulladék, hanem gyakran javul a gyártási sebesség is. Továbbá a tervezőknek figyelembe kell venniük szemcseirány . Egy alkatrész orientálása a szalagon kizárólag a maximális kihasználtság érdekében, a rostirány figyelmen kívül hagyásával hajlítás közben repedéseket okozhat, amelyek következtében az adott tétel 100%-os selejtté válhat. Egy kiegyensúlyozott DFM-megközelítés az anyagmegtakarítást a folyamatmegbízhatósággal méri fel.

Következtetés: Hulladékból profit

A selejt csökkentése fémlemez alakítás során egy több szakterületet érintő kihívás, amely a pontosságot és kreativitást jutalmazza. Azzal, hogy elmozdulnak a selejtről mint „üzleti tevékenység költségéről” szóló nézőponttól, a gyártók jelentős rejtett nyereséget tárhatnak fel. A nano-illesztésekhez hasonló fejlett elrendezési stratégiák alkalmazása, a maradékanyag kreatív újrahasznosítása visszanyerő sablonok segítségével, valamint okos érzékelők bevetése olyan robusztus rendszert hoz létre, ahol a nyersanyag-kihasználás maximális.

A sikerhez gondolkodásmód-váltásra van szükség: minden négyzetcentiméternyi tekercset potenciális bevételként kell kezelni. Legyen szó kisebb DFM-javításról, amely lehetővé teszi a jobb elrendezést, vagy okos sajtolószabályzókba történő beruházásról, amelyek ezernyi hibát akadályoznak meg, a cél mindig ugyanaz marad – maximalizálni az anyagkihasználási arányt (MUR), és biztosítani, hogy a gyárból távozó fém csak minőségi, értékesíthető alkatrészek formájában hagyja el a helyszínt.

Gyakran Ismételt Kérdések

1. Mi a különbség a selejt és a hulladék között fémlemez alakítás során?

Bár a kifejezéseket gyakran használják felcserélhetően, a „hulladék” általában olyan újrahasznosítható fémre utal (például vázcsíkra vagy belső részekre), amelynek maradék pénzügyi értéke van, ha kereskedőhöz kerül. A „hulladék” vagy „szemét” általában olyan nem újrahasznosítható anyagokra vonatkozik, amelyeknek nincs visszanyerhető értékük. Azonban a lean gyártású kontextusban minden olyan anyag, amelyet megvásárolnak, de nem értékesítenek termékként, hulladéknak számít, amelyet minimalizálni kell.

2. Hogyan csökkenti a részek egymásba illesztése az anyagköltségeket?

Az egymásba illesztés optimalizálja a részek elrendezését a fémszalagon, hogy minimalizálja az üres térközt közöttük. Az egymásba kapcsolódó részek, az elforgatásuk, vagy kisebb részek elhelyezése nagyobb részek hulladékterületein belülre helyezve, a gyártók több alkatrészt tudnak előállítani egy tekercsről. Mivel az anyagköltségek gyakran a teljes alkatrész költség 50–70%-át teszik ki, így növelve az alkatrészek számát tekercsenként közvetlenül csökkenti az egységköltséget.

3. Melyek a leggyakori hibák, amelyek a sajtolás során hulladékot okoznak?

A gyakori hibák, amelyek elutasított alkatrészekhez (termelési hulladékhoz) vezetnek, beleértve slug Pulling (ahol a hulladékanyagot visszahúzzák az alakba), kivágási élek (burr) (éles szélek tompa szerszámokból vagy helytelen rések miatt), széthasadás/repedés (gyakran a rostirány problémái miatt), és papírgyűrődés . Ezek megelőzéséhez rendszeres sablonkarbantartásra és folyamatszemléltetésre van szükség.

4. Mi az offal sablon vagy visszanyerő sablon?

Az offal sablon, más néven visszanyerő sablon, egy speciális sajtolószerszám, amely kisebb, elkülönített alkatrész előállítására szolgál a fő sajtolási művelet során keletkező selejtanyagból (offal). Például egy autóablak-keretből kivágott fémhulladékot be lehet vezetni egy offal sablonba, hogy egy kis konzolt készítsenek belőle, hatékonyan ingyenes anyagot nyerve a másodlagos alkatrészhez.

5. Hogyan befolyásolja a rostirány a selejtarányt?

A fém tekercsnek fához hasonló "szeme" van, amely a tekercselés során keletkezik. A görbület külső oldalán törések keletkezhetnek, ami elutasított alkatrészekhez vezethet. A szalag elrendezésének úgy a tervezése, hogy a kritikus görbületek függőlegesek legyenek a gabonával vagy a gabonával szemben, megakadályozza ezt a repedést, még akkor is, ha ez egy kissé kevésbé optimalizált fészkelési sűrűséget jelent.