STRESZCZENIE

Wykorzystania materiału w tłocznictwie samochodowym to kluczowy współczynnik masy gotowego elementu do całkowitej ilości zużytego surowego metalu, decydujący nawet o 70% końcowego kosztu produkcji komponentu. Maksymalizacja tego wskaźnika wymaga odejścia od podstawowych układów do zaawansowanych strategii, takich jak rozmieszczenie w parach (Two-Pair nesting), które może poprawić efektywność wykorzystania materiału o ponad 11% w porównaniu ze standardową metodą pojedynczą (One-Up). Ten przewodnik zawiera szczegółowe informacje na temat wzorów inżynierskich, technik rozmieszczania i optymalizacji procesu niezbędnego do minimalizacji odpadów i ochrony marż zysku w produkcji seryjnej.

Ekonomia wykorzystania materiału

W wysokostawkowym świecie produkcji samochodowej surowiec to nie tylko pozycja w budżecie — to główny czynnik kosztów. Dane branżowe pokazują, że w przypadku większości tłoczonych komponentów surowiec stanowi od 60% do 70% całkowitego kosztu detalu taki procent znacząco przewyższa koszty pracy, energii, a nawet amortyzację skomplikowanego narzędziowania.

Skutki finansowe tego współczynnika są poważne, ponieważ koszty materiałów są ponoszone cyklicznie. Podczas gdy forma tłocznia to jednorazowy wydatek inwestycyjny, taśma ze stali lub aluminium jest zużywana ciągle. Współczynnik wykorzystania materiału na poziomie 60% oznacza, że za każdy dolara wydany na blachę, 40 centów natychmiast przekształca się w odpad (strzęp). W przypadku seryjnej produkcji samochodów o dużej liczbie sztuk, gdzie roczne nakłady często przekraczają 300 000 jednostek, nawet niewielka poprawa procentowej wydajności może przekładać się na oszczędności sięgające setek tysięcy dolarów.

Z kolei pomijanie wykorzystania materiału na etapie projektowania prowadzi do tzw. „luki wydajności” – stałego obciążenia kosztami, które utrzymuje się przez cały cykl życia programu pojazdu. Osoby podejmujące decyzje muszą traktować efektywność materiałową nie tylko jako miernik redukcji waste, lecz jako główny czynnik umożliwiający konkurencyjne cenowanie i osiąganie zysków.

Obliczanie wskaźników wykorzystania materiału

Aby kontrolować koszty materiałów, inżynierowie muszą najpierw dokładnie zmierzyć ich zużycie. Standardową w branży definicją wykorzystania materiału jest procent taśmy lub arkusza, który staje się gotowym wyrobem.

Podstawowy wzór

Obliczenie jest proste, ale wymaga precyzyjnych danych dotyczących układu zagęszczenia:

Wykorzystanie materiału % = (Waga netto detalu / Waga brutto zużytego materiału) × 100

• Waga netto: Końcowa waga gotowego tłoczonego elementu po wszystkich operacjach obcinania i przebijania.
• Waga brutto: Całkowita waga materiału niezbędnego do wyprodukowania tego elementu, obliczana na podstawie Ton (odległości między detalami na taśmie) Szerokość pasma .

Na przykład, jeśli gotowy wspornik waży 0,679 kg, ale przestrzeń prostokątna, którą zajmuje na taśmie (skok × szerokość × grubość × gęstość) waży 1,165 kg, to wykorzystanie wynosi zaledwie 58,2%. Pozostałe 0,486 kg to odpad technologiczny. Zwiększenie tego wskaźnika do 68% znacząco redukuje wagę brutto materiału przypadającą na detal, bezpośrednio obniżając „wagę zakupu” taśmy.

Zaawansowane strategie rozmieszczania dla maksymalnego wykorzystania

Najskuteczniejsza metoda poprawy wykorzystania materiału w tłocznictwie samochodowym to rozmieszczanie blanków — optymalizacja ułożenia i orientacji części na taśmie blachy. Wybór nieodpowiedniej strategii rozmieszczania jest najczęstszą przyczyną niskiego stopnia wykorzystania.

Poniżej znajduje się analiza porównawcza typowych układów rozmieszczania dla typowego autonomicznego elementu samochodowego w kształcie litery L. Dane pochodzące z symulacji branżowych pokazują, jak wybór układu drastycznie wpływa na efektywność wykorzystania materiału.

Porównanie strategii rozmieszczania

Jak pokazano, przejście z podstawowego Jednoczęściowe procesu na zoptymalizowany Dwa-Pary układ może poprawić wydajność o ponad 11 punktów procentowych. W serii produkcyjnej 300 000 elementów, ta zmiana redukuje całkowite zużycie stali o tony, eliminując "nadwyżkę kosztów" związaną z nieefektywnym blankowaniem.

Inżynieria i techniki optymalizacji procesów

Poza układaniem, zaawansowane interwencje inżynierskie mogą dodać dodatkową efektywność procesowi tłoczenia. Te techniki często wymagają współpracy między projektantami produktu a inżynierami produkcji już na wczesnym etapie cyklu rozwoju pojazdu.

Optymalizacja dodatku i zacisku

W procesach tłoczenia głębokiego wymagany jest dodatkowy materiał (nadmiar), aby utrzymać blachę w uchwytach matrycy, kontrolować przepływ materiału i zapobiegać marszczeniu. Jednak ten materiał zostaje ostatecznie odcięty jako odpad. Użycie oprogramowania symulacyjnego, takiego jak AutoForm lub Dynaform, pozwala inżynierom na zminimalizowanie powierzchni nadmiaru bez kompromitowania jakości kształtowania. Zmniejszenie rozmiaru blanku nawet o kilka milimetrów na krawędzi uchwytu może przynieść znaczące oszczędności materiału przy milionach cykli.

Partnerstwo dla precyzji

Wdrożenie tych optymalizacji wymaga kompetencji łączących projekt teoretyczny z rzeczywistością fizyczną. Dla producentów dążących do weryfikacji tych strategii, Shaoyi Metal Technology dostarcza kompleksowe rozwiązania blacharskie. Wykorzystując precyzję z certyfikatem IATF 16949 oraz możliwości pras do 600 ton, wspiera klientów z branży motoryzacyjnej w przejściu od szybkiego prototypowania do produkcji seryjnej. Niezależnie od tego, czy trzeba zweryfikować strategię rozmieszczenia za pomocą 50 prototypów w ciągu pięciu dni, czy skalować zoptymalizowany pod kątem wydajności projekt do milionów elementów, ich usługi inżynieryjne gwarantują ścisłe przestrzeganie globalnych standardów OEM.

Specyfikacja taśmy i TWB

Kolejną możliwością optymalizacji jest sam format surowca. Standardowe szerokości taśmy mogą zmusić producenta do zaakceptowania szerszych marginesów odpadów. Zamówienie niestandardowych szerokości nacięć dopasowanych do konkretnej strategii rozmieszczenia może wyeliminować odpady z krawędzi. Dodatkowo, Blachy spawane laserowo (TWB) pozwala inżynierom na spawanie arkuszy o różnej grubości lub gatunkach przed tłoczeniem. To umieszcza grubszy, mocniejszy materiał metalowy tylko tam, gdzie jest potrzebny (np. strefy zderzeń), a cieńszy materiał w pozostałych miejscach, zmniejszając całkowitą wagę półfabrykatu i poprawiając współczynnik wykorzystania materiału pojazdu.

Zarządzanie odpadami i zrównoważony rozwój

Mimo najlepszych strategii układania, pewna ilość odpadów jest nieunikniona. Ten „odpad inżynieryjny” składa się zazwyczaj z wycięć okienek (otworów wewnątrz elementu) oraz nośnej siatki. Jednak współczesne standardy efektywności traktują te uboczne produkty jako potencjalny zasób, a nie czyste odpady.

• Produkcja z odpadów: W przypadku większych paneli karoseryjnych, takich jak drzwi czy błotniki, duże wycięcia okienkowe czasem są wystarczająco duże, by można było z nich tłoczyć mniejsze uchwyty lub podkładki. Ta technika „układania wewnątrz odpadów” skutkuje praktycznie darmowym materiałem dla mniejszych komponentów.
• Wpływ na zrównoważony rozwój: Maksymalizacja wykorzystania materiału wiąże się bezpośrednio z odpowiedzialnością środowiskową. Ograniczając całkowitą masę stali potrzebną do produkcji pojazdu, producenci zmniejszają ślad węglowy związany z produkcją stali i logistyką. Procesy tłoczenia o wysokim współczynniku wykorzystania surowca wspierają cele określone w normie ISO 14001 oraz zobowiązania OEM dotyczące zrównoważonego rozwoju, minimalizując zużycie energii przypadające na każdy użyteczny kilogram metalu.

Wnioski: Zysk tkwi w precyzji

Wykorzystanie materiału w tłocznictwie motoryzacyjnym to kluczowy wskaźnik efektywności produkcji. Skoro koszty materiałów stanowią główną część wydatków na elementy, różnica między wydajnością 58% a 69% decyduje o rentowności projektu. Poprzez wprowadzenie strategii układania blach opartych na danych, wykorzystanie symulacji do redukcji dodatków oraz współpracę z wykwalifikowanymi producentami przy wdrażaniu rozwiązań, inżynierowie motoryzacyjni mogą znacząco zmniejszyć marnowanie materiału. W branży, gdzie marże liczy się groszami, maksymalizacja każdego milimetra taśmy jest nie tylko dobrym inżynierią – to niezbędna strategia biznesowa.

Często Zadawane Pytania (FAQ)

1. Jaki jest współczynnik wykorzystania surowca w procesie tłoczenia?

Współczynnik wykorzystania surowca to stosunek masy gotowego, użytkowalnego elementu do całkowitej masy zużytego surowca (taśmy lub arkusza) niezbędnego do jego wytworzenia. Wyraża się go w procentach: (Net Weight / Gross Weight) * 100. Im wyższy procent, tym mniejsze odpady i niższe koszty materiałowe.

2. Dlaczego wykorzystanie materiału jest kluczowe w przemyśle motoryzacyjnym?

Surowce zazwyczaj stanowią 60–70% całkowitego kosztu tłoczonego komponentu samochodowego. Ze względu na wysoką skalę produkcji pojazdów, nawet niewielkie poprawy w wykorzystaniu materiału (redukcja odpadów) prowadzą do ogromnych skumulowanych oszczędności kosztów oraz mniejszego wpływu na środowisko.

3. Jaka jest różnica między układaniem jednopozycyjnym (One-Up) a dwupozycyjnym (Two-Up)?

Układanie jednopozycyjne (One-Up) tłoczy jedną część przy każdym uderzeniu prasy, co często skutkuje niższym współczynnikiem wykorzystania materiału (np. ~58%) z powodu nieefektywnego rozmieszczenia. Układanie dwupozycyjne (Two-Up) produkuje dwie części na jeden suw, umożliwiając lepsze dopasowanie kształtów (nesting), co może znacząco zwiększyć procent wykorzystania materiału (często >60%) oraz szybkość produkcji.

4. Jakie materiały są powszechnie stosowane w procesach tłoczenia w przemyśle motoryzacyjnym?

Stal węglowa jest najpowszechniej używanym materiałem ze względu na swoją wytrzymałość i przystępność cenową, dostępna w różnych gatunkach, takich jak stal miękka i stal o wysokiej wytrzymałości (HSS). Stopy aluminium są również coraz częściej stosowane w zastosowaniach lekkich, aby poprawić oszczędność paliwa, mimo że są trudniejsze do formowania.