ZKRATKA

Využitia materiálu pri tvárnení automobilových súčiastok je kľúčový pomer hmotnosti hotového dielu k celkovému množstvu spotrebovaného surového kovu, ktorý určuje až 70 % konečných výrobných nákladov súčiastky. Na maximalizáciu tohto výťažku je potrebné prejsť od základných rozložení k pokročilým stratégiám, ako je dvojité (Two-Pair) usporiadanie, ktoré môže zvýšiť efektivitu využitia materiálu o viac než 11 % oproti štandardnej metóde One-Up. Tento sprievodca podrobne popisuje inžinierske vzorce, techniky usporiadania a optimalizácie procesov potrebné na minimalizáciu odpadu a ochranu ziskových marží vo vysokozdružnej výrobe.

Ekonomika využitia materiálu

Vo vysokej stávke automobilovej výroby surový materiál nie je len položkou rozpočtu – je to hlavný faktor nákladov. Dáta z priemyslu ukazujú, že u väčšiny tvárnených komponentov surový materiál predstavuje 60 % až 70 % celkových nákladov na súčiastku toto percento výrazne prevyšuje náklady na prácu, energiu a dokonca aj amortizáciu komplexných nástrojov.

Finančné dôsledky tohto pomeru sú závažné, pretože náklady na materiály sa opakujú. Zatiaľ čo lisovanie je jednorazová investícia, oceľová alebo hliníková cievka sa spotrebuje nepretržite. Miera využitia materiálu 60% znamená, že na každý dolár vynaložený na kovové plechy sa okamžite premení 40 centov na šrot (odpad). V automobilových sériách s veľkým objemom výroby, kde množstvo často presahuje 300 000 kusov ročne, môže byť dokonca aj zlomkové zlepšenie percentuálneho výnosu ušetrené stovky tisíc dolárov.

Naopak, zanedbávanie využívania materiálov počas fázy návrhu vytvára priemer výnosovtrvalý pokutový poplatok, ktorý pretrváva počas celého životného cyklu programu vozidla. Rozhodujúci činitelia musia vnímať účinnosť materiálov nielen ako meradlo znižovania množstva odpadu, ale ako hlavnú páku pre konkurencieschopné ceny a ziskovosť.

Výpočet miery využitia materiálu

Na kontrolu nákladov na materiál musia inžinieri najskôr presne zmerať využitie materiálu. Štandardnou definíciou v priemysle je percento cievky alebo plechu, ktoré sa stane finálnym produktom.

Základný vzorec

Výpočet je priamy, ale vyžaduje presné údaje o rozložení polotovarov:

Využitie materiálu % = (Čistá hmotnosť súčiastky / Hrubá hmotnosť spotrebovaného materiálu) × 100

• Netto hmotnosť: Konečná hmotnosť hotovej limatej súčiastky po všetkých operáciách orezávania a prelievania.
• Hrubá hmotnosť: Celková hmotnosť materiálu potrebného na výrobu tejto súčiastky, vypočítaná pomocou Pitch (vzdialenosť medzi súčiastkami na pásiku) Šírka cievky .

Napríklad, ak hotový uholník váži 0,679 kg, ale obdĺžnikový priestor, ktorý na páske zaberá (rozteč × šírka × hrúbka × hustota), váži 1,165 kg, využitie je len 58,2 %. Zvyšných 0,486 kg predstavuje navrhovaný odpad. Zvýšenie tohto využitia na 68 % výrazne zníži hmotnosť pásu potrebnú na jednu súčiastku, čím sa priamo zníži „nákupná hmotnosť“ pásu.

Pokročilé stratégie rozmiestnenia pre maximálny výťažok

Najúčinnejší spôsob zlepšenia využitia materiálu pri tvárnení automobilových súčiastok je rozmiestnenie polotovarov – optimalizácia orientácie a usporiadania súčiastok na páske. Výber nesprávnej stratégie rozmiestnenia je najčastejšou príčinou nízkeho výťažku.

Nižšie je porovnávacia analýza bežných rozmiestnení pre typický L-krblový automobilový uholník. Údaje získané z odvetvových simulácií demonštrujú, ako voľba rozmiestnenia výrazne ovplyvňuje účinnosť výťažku.

Porovnanie stratégií rozmiestnenia

Ako je znázornené, posun z bežného One-Up postupu na optimalizovaný Dvojica rozloženie môže zvýšiť výťažok o viac než 11 percentuálnych bodov. Pri výrobe 300 000 dielov tento posun zníži celkovú spotrebu ocele o niekoľko ton a eliminuje tak „cenovú penalizáciu“ spojenú s neefektívnym strihaním.

Techniky optimalizácie konštrukcie a procesu

Okrem vkladania môžu pokročilé inžinierske zásahy ešte viac zvýšiť účinnosť procesu lisovania. Tieto techniky často vyžadujú spoluprácu medzi konštruktérmi výrobkov a výrobnými inžiniermi v skorom štádiu vývoja vozidla.

Optimalizácia prídavku a upínacej plochy

Pri hĺbkovom tvárnení je potrebný dodatočný materiál (prídavok) na upevnenie plechu vo viazach matrice, aby sa riadil tok materiálu a zabránilo tvoreniu vrások. Tento materiál je však nakoniec odstránený ako odpad. Použitie simulačného softvéru, ako je AutoForm alebo Dynaform, umožňuje inžinierom minimalizovať plochu prídavku bez poškodenia kvality tvárnenia. Zníženie veľkosti polotovaru len o niekoľko milimetrov na okraji viazacej plochy môže priniesť výrazné úspory materiálu pri miliónoch kusov.

Spolupráca pre presnosť

Pre implementáciu týchto optimalizácií sú potrebné kapacity, ktoré preklenú medzeru medzi teoretickým návrhom a fyzickou realitou. Pre výrobcov, ktorí chcú overiť tieto stratégie, Shaoyi Metal Technology poskytuje komplexné riešenia tvárnenia. Využíva presnosť certifikovanú podľa IATF 16949 a lisovacie kapacity až do 600 ton, čím pomáha automobilovým klientom prejsť od rýchleho prototypovania po výrobu vo veľkom objeme. Či už potrebujete overiť stratégiu rozmiestnenia pomocou 50 prototypov za päť dní alebo zvýšiť výrobu optimalizovaného dizajnu na milióny súčiastok, ich inžinierske služby zabezpečujú prísne dodržiavanie globálnych noriem OEM.

Špecifikácia cievok a TWB

Ďalšou možnosťou optimalizácie je samotný formát suroviny. Štandardné šírky cievok môžu prinútiť výrobcu prijať širšie okraje odpadu. Objednanie vlastných rezaných šírok prispôsobených konkrétnemu rozmiestneniu môže eliminovať okrajový odpad. Navyše Laserové zvárané polotovary (TWB) umožňujú inžinierom zvárať plechy rôznej hrúbky alebo triedy pred tvárnením. To umiestňuje hrubší, pevnejší kov len tam, kde je potrebný (napr. v oblastiach nárazu), a tenší kov inde, čím sa zníži celková hmotnosť polotovaru a zlepší sa pomer využitia materiálu vozidla.

Správa tŕští a udržateľnosť

Napriek najlepším stratégiám rozmiestnenia je určitý odpad nevyhnutný. Tento „navrhovaný odpad“ sa zvyčajne skladá z výrezov okien (dier vo vnútri súčasti) a nosného pásu. Moderné normy efektivity však tento odpad považujú za potenciálny zdroj, nie za čistý odpad.

• Výroba z odpadu do odpadu: Pre väčšie karosériové panely, ako sú dvere alebo blatníky, môžu byť veľké výrezy okien niekedy dosť veľké na to, aby bolo možné z nich vytlaciť menšie konzoly alebo podložky. Táto technika „rozmiestnenia vo vnútri odpadu“ v podstate znamená bezplatný materiál pre menšie komponenty.
• Dopad na udržateľnosť: Maximalizácia využitia materiálu je priamo prepojená s ochranou životného prostredia. Znížením hmotnosti ocele potrebnej na výrobu vozidla výrobcovia znížia svoju uhlíkovú stopu spojenú s výrobou a logistikou ocele. Vysokovýnosné procesy strihania podporujú ciele ISO 14001 a požiadavky výrobcov na udržateľnosť tým, že minimalizujú spotrebu energie na každý použiteľný kilogram kovu.

Záver: Zisk je v optimálnom využití

Využitie materiálu pri tvárnení v automobilovom priemysle je rozhodujúcim ukazovateľom efektivity výroby. Keď náklady na materiál predstavujú väčšinu nákladov na súčiastky, rozdiel medzi výťažnosťou 58 % a 69 % určuje ziskovosť projektu. Pri zavedení stratégií riadených dátami pre usporiadanie tvarov, využití simulácií na zníženie prídavkov a spolupráce s kvalifikovanými výrobcami pri realizácii môžu automobiloví inžinieri výrazne znížiť odpad. V odvetví, kde marže sa merajú na halieroch, maximalizácia každého milimetra pásu nie je len dobrým inžinierskym prístupom – ide o nevyhnutnú podnikateľskú stratégiu.

Často kladené otázky (FAQ)

1. Aká je miera využitia surového materiálu pri tvárnení?

Miera využitia surového materiálu je pomer hmotnosti hotového, použiteľného dielu ku celkovej hmotnosti spotrebovaného surového materiálu (pás alebo plech). Vyjadruje sa v percentách: (Net Weight / Gross Weight) * 100. Vyššie percento znamená menší odpad a nižšie náklady na materiál.

2. Prečo je využitie materiálu kritické v automobilovom priemysle?

Surové materiály zvyčajne predstavujú 60–70 % celkových nákladov na súčiastku tvárnenú tlakom v automobilovom priemysle. Keďže objemy výroby vozidiel sú vysoké, aj malé zlepšenia vo využití materiálu (zníženie odpadu) vedú k obrovským kumulatívnym úsporám nákladov a znižujú dopad na životné prostredie.

3. Aký je rozdiel medzi jednoduchým (One-Up) a dvojitým (Two-Up) usporiadaním tvarov?

Jednoduché (One-Up) usporiadanie tvarov vytláča jeden diel pri každom zdvihu lisu, čo často vedie k nižšiemu výťažku materiálu (napr. ~58 %) kvôli neefektívnemu rozmiestneniu. Dvojité (Two-Up) usporiadanie tvarov vyrába dva diely za jeden zdvih, čo umožňuje lepšie zakliesňovanie geometrií (usporiadanie), čím sa výrazne zvyšuje percento výťažku (často >60 %) a rýchlosť výroby.

4. Ktoré materiály sa bežne používajú pri tvárnení v automobilovom priemysle?

Oceľ je najpoužívanejším materiálom vzhľadom na svoju pevnosť a cenovú dostupnosť, je dostupná v rôznych triedach, ako je nízkouhlíková oceľ a vysokopevnostná oceľ (HSS). Zliatiny hliníka sa tiež čoraz viac používajú pri ľahkých konštrukciách za účelom zlepšenia spotreby paliva, napriek tomu, že sú náročnejšie na tvárnenie.