Metāla štampēšanas atkritumu samazināšana: 5 tehniskas stratēģijas peļņas palielināšanai

TL;DR

Atrakumu samazināšana metāla štampēšanā nav tikai kārtības uzturēšanas uzdevums; tas ir visefektīvākais veids, kā palielināt peļņu, ņemot vērā, ka 50–70% no kopējās detaļu ražošanas izmaksu veido izejvielas. Lai pārvērst atkritumus no izpostītām izmaksām konkurences priekšrocībā, ražotājiem jāpieņem trīsējā pieeja: Produta dizains (DFM) , Rīkojuma optimizācija (piemēram, uzlabots materiālu izkārtojums un atlieku atgūšana), un Procesa kontrole (sensoru balstīta uzraudzība). Galvenais efektivitātes rādītājs ir Materiālu izmantošanas attiecība (MUR) —procentuālā daļa no izejmateriala loksnes, kas kļūst par gatavo detaļu.

Šis ceļvedis izpēta tehniskās stratēģijas, kā maksimāli palielināt materiālu izmantošanas attiecību, sākot no „nano savienojumu“ ieviešanas, lai ciešāk izkārtotu detaļas, līdz „aktīvu ātruma regulēšanas“ sensoriem, kas reālā laikā novērš defektus. Pārejot no vienkāršas atkritumu novadīšanas uz inženierijas risinājumu atkritumu samazināšanai, štampēšanas operācijas var atgūt ievērojamu peļņu.

Optimizācijas stratēģija 1: Uzlabota izkārtojuma plānošana un materiāla izmantošana

Vislielākā tuvākā iespēja skaldnes samazināšanai ir metāla strēles izkārtojuma inženierijā. Nestēšana attiecas uz detaļu izvietošanu metāla strēlē, lai minimizētu tukšos starprāvumus (režģi) starp tām. Kaut arī standarta „vieniekārtas“ izkārtojumi ir vienkārši projektēt, tie bieži atstāj pārmērīgu skeleta skaldni. Uzlabotas stratēģijas, piemēram, „diviekārtas“ vai „savstarpēji saistīta izkārtojuma“ izmantošana, var palielināt materiāla izmantošanas efektivitāti par 5–15%, tieši ietekmējot peļņu.

Spēcīga tehnika ietver precīza formas izkārtojumu izmantojot mūsdienu tehnoloģijas, piemēram, nano savienojumus . Kā norāda nozīmīgi nozares līderi, piemēram, TRUMPF, nano savienojumi ir mazi fiksācijas stiprinājumi, kas savieno detaļu ar lentu, aizstājot lielākus tradicionālos mikro savienojumus. Tā kā šie stiprinājumi ir minimāli, detaļas var tikt izvietotas tieši blakus viena otrai, nekaitējot riskam no saskarēs vai sadursmēm. Šī tuvība ļauj ievērojami blīvāku izkārtojumu, samazinot starp detaļām nepieciešamo lentes platumu un efektīvi iegūstot vairāk produktu no katras ruļļa.

Vēl viens sofisticēts pieeja ir detaļu maisītais izkārtojums , kur mazāks, atšķirīgs komponents tiek izspiests no lielākas detaļas atlikušās zonas. Klasisku piemēru, ko minēja ESI Engineering Specialties, ir skūbu aprīkojuma ražotājs, kas gadā ražo 20 000 D-gredzenus. Inženieri saprata, ka no lielākā gredzena iekšējā „D” izgriezuma — materiāla, kas citādi tiktu izmests — var izspiest mazāku, gredzenveida vāciņu. Tādējādi viena materiāla daudzuma izmaksās tiek iegūtas divas detaļas. Tomēr šeit piemērojas svarīgs pamatnoteikums: lielākās detaļas ražošanas apjoms ir jābūt vienādam vai lielākam par mazākās iestrādātās detaļas apjomu, lai izvairītos no nevajadzīgu komponentu krājumu uzkrāšanās.

Galvenais pārbaudes saraksts sloksnes izkārtojuma pārskatīšanai

• Tiltiņa platums: Vai joslas platums ir optimizēts attiecībā pret materiāla biezumu?
• Struktūras virziens: Vai liekumi ir orientēti perpendikulāri struktūrai, lai novērstu plaisāšanu?
• Detaļas pagrieziens: Vai detaļas pagriešana par 180 grādiem ļauj tos savstarpēji savienot?
• Jauktais iestrādājums: Vai BOM satur mazāku detaļu, kas iederas atkritumu zonā?

Optimizācijas stratēģija 2: Maišu dizains un inženierijas risinājumi

Kad izkārtojums ir optimizēts, uzmanība pāriet uz fizisko aprīkojumu. Progresīvais matricu dizains nodrošina unikālas iespējas materiāla atgūšanai, izmantojot „atkritumu maišus“ vai „atgūšanas maišus“. Atkritumu maisis ir sekundārs rīks, kas speciāli izstrādāts, lai pieņemtu atgriezes (atkritumus), ko radījis primārais process, un no tā izspiestu lietojamu detaļu. Lai gan tas palielina rīku izmaksas, ilgtermiņa ietaupījumi liela apjoma sērijās bieži attaisno investīcijas.

Nepārtrauktai ražošanai daži spiedēji izmanto „šuvju“ atkritumu . Kā norādīts tehniskajās diskusijās žurnālā The Fabricator, reizēm atkritumu gabalus var mehāniski savienot kopā (izmantojot svirslēgas vai līdzīgus ierīces), lai izveidotu nepārtrauktu sloksni, kuru var padot otrajā progresīvajā maisā. Šis radošais inženierijas risinājums ļauj automātiski padot agrāk vaļējus atkritumus. Tomēr inženieriem jābūt uzmanīgiem attiecībā uz deformācijas cietināšanu . Metāls, kas jau pirmajā operācijā ir deformēts vai sasprindzināts, var zaudēt plastiskumu, kļūstot nederīgs dziļai velkšanai paredzētiem sekundāriem komponentiem. Tas vislabāk piemērots vienkāršiem stiprinājumiem vai plakaniem daļām.

Šo sarežģīto instrumentu koncepciju validācija pirms pārejas uz cieto tēraudu ir ļoti svarīga. Tieši šeit sadarbība ar spēju orientētu ražotāju kļūst būtiska. Uzņēmumi, piemēram, Shaoyi Metal Technology piedāvāt pilnīgas spiedformēšanas risinājumus kas veido tiltu no ātrā prototipēšanas līdz masveida ražošanai. Izmantojot to spēju piegādāt kvalificētus prototipus jau četrās dienās, inženieri var agrīnā projektēšanas fāzē pārbaudīt materiāla plūsmu un izvietojuma iespējamību, nodrošinot, ka agresīvas atkritumu samazināšanas stratēģijas ir dzīvotspējīgas lielapjomu automašīnu standartiem (IATF 16949).

Optimizācijas stratēģija 3: Defektu novēršana un procesa kontrole

Atkritumi nav tikai par skeletu, kas palicis aizmugurē; tie ir arī daļas, kuras jūs izmetat. Ir svarīgi atšķirt inženierijas atkritumus (iepakas) un ražošanas atkritumus (defektīvie komponenti) ir būtisks. Kaut arī projektēts atkritums ir dizaina izvēle, ražošanas atkritumi ir procesa kļūme. Bieži sastopami defekti, piemēram, atlieku izraušana —kad izurbtā plāksne pielīp pie punches virsmas un bojā nākamo daļu—var sabojāt tūkstošiem daļu, ja tos neatklāj.

Lai cīnītos ar šo problēmu, ražotāji aizvien biežāk ievieš iestiprinātas matricas sensora tehnoloģiju . Mūsdienu sistēmas, piemēram, Aktīvā ātruma regulēšana , ko akcentē TRUMPF, izmanto sensorus procesa starojuma uzraudzībai un automātiski regulē padeves ātrumus. Ja sistēma konstatē potenciālu problēmu, piemēram, ka karsētais materiāls neveidojas pareizi vai plāksne netiek izgrūsta, tā var mainīt parametrus vai nekavējoties apturēt presi. Tas maina paradigmu no „kvalitātes pārbaudes pēc fakta“ (sliktu daļu klasificēšana pēc ražošanas) uz „kvalitātes ražošanu iekšā“.

Vēl viens rīks ražošanas atkritumu samazināšanai ir Redzes sistēmas un Drop & Cut tehnoloģija. Atlikušajiem loksnēm — tinumu vai korpusu galām, kuriem joprojām ir izmantojams laukums — kameru sistēmas var uzlikt detaļu grafiku virs loksnes tiešraides video pārraides. Operators tad var veltnēt digitālos detaļu failus uz atlikušā materiāla, lai nekavējoties izgrieztu rezerves daļas. Tas nodrošina, ka pat „neizmantojamie” tinumu gali dod ienākumus, nevis nonāk atkārtotai pārstrādei.

Optimizācijas stratēģija 4: Ražošanai piemērots dizains (DFM)

Visrentablākais brīdis, lai samazinātu atkritumus, ir pirms tam, kad vispār tiek izgatavots diegs. Izstrāde ražošanai (DFM) ietver sadarbību starp produktu konstruktoriem un spiedformēšanas inženieriem, lai pielāgotu komponenta ģeometriju standarta sloksņu platumam. Bieži vien neliela izmaiņa — piemēram, flanša platuma samazināšana par 2 mm vai stūra rādiusa maiņa — ļauj detaļai iederēties šaurākā standarta tinumā vai ciešāk saslēgties ar blakus esošo detaļu.

Arī materiāla izvēle spēlē lomu. Inženieriem vajadzētu novērtēt, vai detaļu var spiest, nevis apstrādāt ar mašīninstrumentiem . Apstrāde ir atņemošs process, kurā līdz pat 80% no bloka pārvēršas skaidās (atkritumos). Pretstatā tam, presēšana ir neto formas process. Kā norādījis ESI, mašināpstrādāta komponenta aizstāšana ar presētu ne tikai ievērojami samazina materiālu atkritumus, bet bieži arī uzlabo ražošanas ātrumu. Turklāt projektētājiem jāievēro rievu virziens . Detaļas orientēšana uz lentas tikai maksimālai iekļaušanai, neņemot vērā struktūras virzienu, var izraisīt plaisas liekšanas laikā, rezultējoties 100% bēguma likmi šai partijai. Līdzsvarots DFM pieejas novērtē materiāla ietaupījumus pret procesa uzticamību.

Secinājums: Pārvērst atkritumus peļņā

Atkritumu samazināšana metāla štancēšanā ir daudznozaru izaicinājums, kas atalgo par precizitāti un radošumu. Pārejot no uzskata, ka atkritumi ir vienkārši „darbības izmaksas“, ražotāji var atklāt ievērojamus paslēptos peļņas avotus. Ieviešot progresīvas iekārtošanas stratēģijas, piemēram, nano savienojumus, radošu nobiru materiālu atkārtotu izmantošanu, izmantojot atguves matricas, kā arī viedsensoru izmantošanu, tiek izveidota stabila sistēma, kurā materiāla izmantošana maksimāli palielinās.

Panākumiem nepieciešams domāšanas veida maiņa: jebkuru lentes kvadrātcentimetru jāuztver kā potenciālas ieņēmumu avots. Vai nu veicot nelielas DFK (dizaina pielāgošanas ražošanai) korekcijas, kas ļauj labāk iekārtot detaļas, vai ieguldījumus gudros presēs, kas novērš tūkstošiem defektu, mērķis paliek viens un tas pats – maksimāli palielināt materiāla izmantošanas attiecību (MUR) un nodrošināt, ka vienīgais metāls, kas pamest rūpnīcu, ir kvalitatīvas, pārdodamas detaļas.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāda ir atšķirība starp atkritumiem un veltēm metāla štancēšanā?

Kaut arī terminus bieži lieto aizstājami, "skrāps" parasti attiecas uz pārstrādājamu metālu (piemēram, skeleta sloksni vai iekšējām daļām), kam ir zināma atlikusī naudas vērtība, kad to pārdod tirgotājam. "Atkritumi" vai "miskaste" parasti attiecas uz nepārstrādājamām materiālu vai resursiem, kam nav atgūšanas vērtības. Tomēr resursu taupīgas ražošanas kontekstā jebkurš iegādāts materiāls, kas netiek pārdots kā produkts, tiek uzskatīts par atkritumu, ko jāsamazina.

2. Kā detaļu izvietošana samazina materiāla izmaksas?

Izvietošana optimizē detaļu izkārtojumu uz metāla sloksnes, lai minimizētu tukšo telpu starp tām. Izmantojot paņēmienus, piemēram, detaļu savstarpēju saslēgšanu, to pagriešanu vai mazāku detaļu novietošanu lielāku detaļu skrāpa zonās, ražotāji var izgatavot vairāk detaļu katrā ruļļa metāla daļā. Tā kā materiāla izmaksas bieži veido 50–70% no kopējās detaļas izmaksas, detaļu skaita palielināšana uz vienu ruļļa metāla daļu tieši samazina vienības izmaksas.

3. Kādas ir visbiežāk sastopamās kļūdas, kas izraisa skrāpu štancēšanā?

Parastās kļūdas, kas noved pie noraidītām detaļām (ražošanas skrāps), ietver atlieku izraušana (kur atkritumu materiāls tiek ievilkts atpakaļ veidnē), uzceļumi (asas malas no nojūtīšu rīkojumiem vai nepareizas starpības), sadalīšanās/lūzumā (bieži sakarā ar grauda virziena problēmām), un viegošana . Lai tos novērstu, nepieciešama regulāra veidņu uzturēšana un procesa uzraudzība.

4. Kas ir atkritumu veidne vai atgūšanas veidne?

Atritumu veidne, pazīstama arī kā atgūšanas veidne, ir speciāls stempēšanas rīks, ko izmanto, lai izgatavotu mazāku, atsevišķu detaļu, izmantojot atkritumu materiālu (atkritumu), kas rodas no primārās stempēšanas operācijas. Piemēram, metāla izgriezums no automašīnas loga rāmja var tikt padots caur atkritumu veidni, lai stempētu mazu stiprinājumu, efektīvi iegūstot bezmaksas materiālu sekundārai detaļai.

5. Kā grauda virziens ietekmē atkritumu likmi?

Metāla ruļļa materiālam ir "struktūra", līdzīgi kā koksnei, kura veidojas valcēšanas procesā. Metāla liekšana paralēli struktūrai var izraisīt plaisas liekuma ārpusē, kas noved pie noraidītiem izstrādājumiem. Projektējot sloksnes izkārtojumu tā, lai būtiskie liekumi notiktu perpendikulāri vai šķērsām attiecībā pret struktūru, to plaisāšanu var novērst, pat ja tas nozīmē nedaudz mazāku optimizācijas blīvumu.