Laserjско izrezovanje nasproti mehanskemu izrezovanju: analiza točke preloma stroškov in zmogljivosti

POVZETEK

Za sodobne proizvajalce je izbira med laserjsko izrezanje proti mehanskemu izrezanju danes več kot le vprašanje hitrosti – gre za izračun skupnih stroškov lastništva (TCO) in prilagodljivosti. Podatki iz industrije dosledno postavljajo točko rentabilnosti med 60.000 in 100.000 kosov na leto; pod tem pragom ponujajo običajno laserji z ničelnimi stroški orodij boljši donos investicij (ROI). Medtem ko mehansko izrezanje ostaja nedvomno vodilna rešitev za visokohitrostno, stabilno serijsko proizvodnjo, se laserjsko izrezanje je uveljavilo kot prednostna rešitev za obdelavo naprednih visokotrjavnih jekel (AHSS) ter za večjega števila komponent z nizkimi količinami zaradi boljše izkoriščenosti materiala in kakovosti roba.

Osnovni premik: trda orodja proti mehkim orodjem

Osnovna razlika v obratovanju med tema dvema tehnologijama leži v načinu, kako opredeljujejo "orodje". Mehansko izrezanje temelji na Trdo orodje —fizikalne orodne plošče iz orodnega jekla, ki lahko tehtajo več ton. Za te plošče je potrebno več mesecev za načrtovanje, izdelavo in preizkušanje, preden se izdeluje prvi serijski del. Ko so v uporabi, menjavanje med deli zahteva težke mostne žerjave in pomemben zastoj (pogosto 30–60 minut) za zamenjavo fizičnih orodnih plošč.

Nasprotno pa laserjsko odrezovanje uporablja Mehka orodja . »Orodje« je preprosto programska krmilna enota (CNC), izpeljana iz datoteke CAD. Ni fizičnega udarnega orodja in ni orodne plošče za izdelavo. Spremembo oblikovanja, ki bi pri mehanskem sistemu stala 50.000 dolarjev in trajala šest tednov, je mogoče uvesti v laserjski rezalni liniji v nekaj minutah s prenosom nove datoteke. Ta prehod s fizičnih sredstev na digitalna sredstva dramatično zmanjša »čas do dela«, kar proizvajalcem omogoča skoraj takojšen prehod iz končanega oblikovanja v proizvodnjo. Za industrije, kot je avtomobilska, kjer spremembe modelov in obnovljene verzije povzročajo stalne spremembe geometrije, je ta fleksibilnost pogosto bolj vredna kot surova zmogljivost.

Analiza stroškov in količina v točki preloma

Za finančne direktorje in vodje obratov se odločitev pogosto osredotoča na količino v točki preloma. Analize industrije, vključno poročila od MetalForming Magazine , kažejo, da se finančna točka preloma običajno nahaja med 60.000 in 100.000 deli na leto .

Izbira med kapitalskimi in obratovalnimi stroški

• Mehansko izrezovanje (visoki kapitalski stroški, nizki stroški na enoto): Zahteva ogromen predhodni vlaganje v orodja (od približno 20.000 do več kot 100.000 USD na del) in izkop temeljev za premo. Vendar pa so obratovalni stroški na del izjemno nizki, ko je sistem v obratovanju, zaradi visokih hitrosti.
• Laserjsko izrezovanje (nizki kapitalski stroški, višji spremenljivi stroški): Popolnoma odpravlja stroške orodij. Začetna naložba v stroj je pomembna, vendar se namesti na standarden ravni tla. Strošek na del je višji zaradi porabe energije in plinov, vendar skupni stroški lastništva ostanejo nižji pri količinah pod pragom 100 tisoč zaradi odprave visoke amortizacije orodij.

Tudi skriti stroški igrajejo pomembno vlogo. Mehansko blanking zahteva veliko dragocenega talnega prostora za shranjevanje in vzdrževanje kalupov. Laserjsko blanking sprosti ta kapital, omogočajo obratom, da uporabijo talni prostor za dejavno proizvodnjo namesto za shranjevanje težkih jeklenih orodij.

Izraba materiala in učinkovitost razporeditve

V avtomobilski proizvodnji lahko stroški materiala predstavljajo do 70 % skupne vrednosti žigosanega dela. Tu pogosto laserjsko blanking prekaša mehanske metode, ne glede na hitrost. Mehanski kalupi so omejeni s fiziko striganja; za ohranjanje strukturne celovitosti med udarcem zahtevajo "inženirske odpadke" ali mostiče med deli.

Laserjsko blanking uporablja Prostoraška razporeditev in rezanje po skupni črti. Ker na pločevino ni uporabljen fizični pritisk, lahko dele postavimo skorajda milimetrsko blizu drug drugega ali celo delijo isto režo. Nepravilne oblike, kot so kotniki ali izrezi za okna, je mogoče zaklepno povezati na načine, ki niso možni pri trdih orodjih. Podatki iz Izdelovalec kažejo, da lahko lasersko izrezovanje plošč daje 3 % do 20 % varčevanja z materialom v primerjavi s strojnim žiganjem. Pri velikih serijah dragocene aluminijeve pločevine ali visoko trdne jeklene pločevine lahko izboljšava donosa za 3 % pomeni milijonske prihranke na letni ravni.

Kakovost roba in primernost materiala (AHSS)

Nastanek naprednih visokotrdnih jekel (AHSS) je zapletel uporabo mehanskega izrezovanja. Ko visoko tonажne prese strižno odrežejo AHSS (materiale z natezno trdnostjo nad 1000 MPa), udarec pogosto povzroči mikroprekle vzdolž reznega roba. Ti mikroprekli lahko v naslednjih operacijah oblikovanja povzročijo razpoke, kar povečuje delež odpadkov pozneje v procesu.

Laserjsko rezanje je proces, ki deluje brez stika in temelji na toploti. Postopek je neodvisen od materiala – enostavno reže 1500 MPa jeklo, ki je bilo trjeno pod tlakom, tako kot nizkoužilno jeklo. Rezultat je rob brez mikropok, toplotno vplivno območje (HAZ) pa je ponavadi zanemarljivo majhno (manj kot 0,2 mm). Poleg tega obdelava naprednih visokočvrstih jekel (AHSS) na mehanskih prešah pospešuje obrabo orodij, kar vodi do stroškov vzdrževanja, ki so pogosto štirikrat višji v primerjavi z nizkoužilnim jeklom. Laserjsko rezanje popolnoma odpravi obrabo orodij, zagotavljajo enakomerno kakovost roba od prvega do milijontega dela.

Hitrost proizvodnje: Vzorek se zmanjšuje

Zgodovinsko je mehansko izrezovanje neposporomljeni kralj hitrosti, sposobno doseči več kot 60 udarov na minuto (SPM). Čeprav še vedno zadržuje prednost pri velikih serijah preprostih delov, se laserjska tehnologija hitro približuje. Sodobne laserjske linije z navojnim dotokom uporabljajo večglavne sisteme (pogosto 2 do 4 laserjske glave, ki delujejo hkrati) ter tehnologijo "DynamicFlow", da dosegemo učinkovite hitrosti 30–40+ delov na minuto.

Pri ocenjevanju hitrosti je treba izračunati »neto zmogljivost« namesto le udarcev na minuto. Mehanska preša lahko deluje hitreje, vendar če za zamenjavo orodja potrebuje 45 minutovnostoj v nekajurnih intervalih, se njena neto učinkovitost zmanjša. Laserjska linija zamenja orodje v 5–7 minutah. Pri proizvodnih okoljih z visokim mešanjem, ki zahtevajo večkratne zamenjave vsak dan, pogosto želva (laser) premaga zajca (mehaniko).

Matrika odločanja: Kdaj izbrati katero rešitev

Za poenostavitev postopka izbire uporabite ta okvir odločanja, ki temelji na vaših proizvodnih omejitvah:

Čeprav laserjsko rezanje ponuja nepremagljivo prilagodljivost, resničnost serijske proizvodnje v avtomobilski industriji pogosto zahteva preprosto zmogljivost tradicionalnega žigosanja za zrele proizvodne linije. Za proizvajalce, ki povečujejo obsege od prototipa na milijone enot, podjetja kot so Shaoyi Metal Technology premostijo to vrzel, saj ponujajo precizne žigosne zmogljivosti po standardu IATF 16949 do 600 ton za obdelavo visokih količin, ki presegajo ekonomsko območje laserjskega rezanja.