Коротко

Використання матеріалу для штампування автомобілів є критичним співвідношенням ваги готової деталі до загальної кількості спожитого сировинного металу, що визначає до 70% остаточної вартості виробництва компонента. Для максимізації цього показника необхідно відходити від базових схем розкрою до застосування просунутих стратегій, таких як гніздування Two-Pair, яке може підвищити ефективність використання матеріалу більш ніж на 11% порівняно зі стандартними методами One-Up. У цьому посібнику детально описано інженерні формули, методи гніздування та оптимізацію процесів, необхідні для мінімізації відходів і захисту прибутковості у виробництві великих обсягів.

Економіка використання матеріалів

У високоризиковому середовищі автомобілебудування сировина — це не просто стаття витрат, а головний чинник формування вартості. Дані галузі свідчать про те, що для більшості штампованих компонентів вартість сировини становить від 60% до 70% загальної вартості деталі цей відсоток значно перевищує витрати на робочу силу, енергію та навіть амортизацію складного оснащення.

Фінансові наслідки цього співвідношення є серйозними, оскільки витрати на матеріали повторюються. Якщо прес-форма для штампування — це одноразова інвестиція, то рулони сталі чи алюмінію споживаються постійно. Коефіцієнт використання матеріалу 60% означає, що за кожен долар, витрачений на листовий метал, 40 центів відразу перетворюються на уривки (відходи). У масовому автомобільному виробництві, де обсяги часто перевищують 300 000 одиниць щороку, навіть незначне покращення відсотка виходу може призвести до економії в сотні тисяч доларів.

Навпаки, ігнорування використання матеріалів на етапі проектування створює «розрив у виході» — постійний фінансовий штраф, який зберігається протягом усього життєвого циклу програми автомобіля. Приймаючі рішення мають розглядати ефективність використання матеріалів не просто як показник скорочення відходів, а як головний важіль конкурентоспроможних цін та прибутковості.

Розрахунок коефіцієнтів використання матеріалів

Щоб контролювати витрати на матеріали, інженери повинні спочатку точно виміряти рівень їх використання. Стандартне в галузі визначення використання матеріалів — це відсоток стрічки або листа, який перетворюється на кінцевий продукт.

Основна формула

Розрахунок є простим, але вимагає точних даних щодо розташування заготовок:

Відсоток використання матеріалу = (Чиста вага деталі / Вага спожитого матеріалу) × 100

• Чиста вага: Остаточна вага готової штампованої деталі після всіх операцій обрізки та пробивання.
• Брутто вага: Загальна вага матеріалу, необхідного для виготовлення цієї деталі, розрахована з використанням Крок (відстані між деталями на стрічці) та Ширина рулону .

Наприклад, якщо готова скоба важить 0,679 кг, але прямокутний простір, який вона займає на стрічці (шаг × ширина × товщина × густина), важить 1,165 кг, то коефіцієнт використання становить лише 58,2%. Решта 0,486 кг — це проектні відходи. Збільшення цього показника до 68% значно зменшує необхідну сукупну вагу на деталь, безпосередньо знижуючи «закупівельну вагу» стрічки.

Просунуті стратегії компонування для максимальної виходу

Найефективніший спосіб покращення використання матеріалу для штампування автомобілів — це компонування заготовок — оптимізація орієнтації та розташування деталей на стрічці. Вибір неправильної стратегії компонування є найпоширенішою причиною поганого виходу продукту.

Нижче наведено порівняльний аналіз типових схем компонування для типової L-подібної автоскоби. Дані, отримані за допомогою імітаційного моделювання в галузі, демонструють, як вибір схеми кардинально змінює ефективність виходу продукту.

Порівняння стратегій компонування

Як показано, перехід від базового Один плюс процесу до оптимізованого Дві пари розташування може покращити вихід більш ніж на 11 процентних пункти. При серійному виробництві 300 000 деталей цей перехід зменшує загальне споживання сталі на тонни, усуваючи «вартісну надбавку», пов’язану з неефективним пробиванням.

Методи оптимізації проектування та технологічних процесів

Крім вкладення, за допомогою передових інженерних рішень можна досягти додаткової ефективності у процесі штампування. Ці методи часто вимагають співпраці між конструкторами продуктів та інженерами-виробниками на ранніх етапах розробки автомобіля.

Оптимізація добавок і затискачів

У процесах глибокого витягування потрібний додатковий матеріал (добавка), щоб утримувати листовий метал у затискачах матриці для контролю над притоком матеріалу та запобігання зморшкуванню. Проте цей матеріал згодом зрізається як відхід. Використання програмного забезпечення для моделювання, такого як AutoForm або Dynaform, дозволяє інженерам мінімізувати площу поверхні добавки, не погіршуючи якості формування. Зменшення розміру заготовки всього на кілька міліметрів по краю затискача може принести значну економію матеріалу на мільйонах ходів.

Партнерство для точності

Реалізація цих оптимізацій потребує можливостей, які замикають прогалину між теоретичним проектуванням і фізичною реальністю. Для виробників, що прагнуть перевірити ці стратегії, Shaoyi Metal Technology надає комплексні рішення штампування. Використовуючи прецизійне обладнання, сертифіковане за IATF 16949, та преси потужністю до 600 тонн, вони допомагають автовиробникам перейти від швидкого прототипування до виробництва великих обсягів. Незалежно від того, чи потрібно вам перевірити стратегію розкрою за допомогою 50 прототипів за п'ять днів, чи масштабувати конструкцію, оптимізовану за виходом продукту, до мільйонів деталей, їхні інженерні послуги гарантують суворе дотримання глобальних стандартів OEM.

Специфікація рулонного матеріалу та TWB

Іншим напрямком оптимізації є сам формат сировини. Стандартна ширина рулонів може змусити виробника прийняти більші поля відходів. Замовлення спеціально нарізаних ширин, адаптованих до конкретного кроку розкрою, дозволяє усунути відходи по краях. Крім того, Лазерні зварені заготовки (TWB) дозволяють інженерам зварювати аркуші різної товщини або марок перед штампуванням. Це дозволяє використовувати більш товстий і міцний метал лише там, де це потрібно (наприклад, у зонах зіткнення), а в інших місцях — тонший, що зменшує загальну вагу заготовки та покращує коефіцієнт використання матеріалу в автомобілі.

Управління утилізацією та сталість

Незважаючи на найкращі стратегії розкрою, певна кількість відходів неминуча. Ці «конструкційні відходи» зазвичай складаються з вирізів вікон (отворів всередині деталі) та несучої стрічки. Проте сучасні стандарти ефективності розглядають ці відходи як потенційний ресурс, а не як чисті викиди.

• Виробництво з вторинних відходів: Для великих панелей кузова, таких як двері або крила, великі вирізи вікон іноді можуть бути достатньо великими для штампування менших кріплень або шайб. Ця техніка «розміщення всередині відходів» фактично забезпечує безкоштовний матеріал для менших компонентів.
• Вплив на сталість: Максимізація використання матеріалів безпосередньо пов'язана з дбайливим ставленням до навколишнього середовища. Зменшуючи загальну вагу сталі, необхідної для виготовлення автомобіля, виробники знижують свій вуглецевий слід, пов'язаний із виробництвом та логістикою сталі. Процеси штампування з високим виходом продукту сприяють досягненню цілей ISO 14001 та вимог OEM щодо сталого розвитку, зменшуючи енергоспоживання на кожен придатний кілограм металу.

Висновок: Прибуток у точності

Використання матеріалу при штампуванні в автомобільній промисловості є визначальним показником ефективності виробництва. Оскільки вартість матеріалів становить основну частину витрат на деталі, різниця між коефіцієнтом виходу 58% і 69% визначає рентабельність програми. Застосовуючи стратегії компонування, засновані на даних, використовуючи моделювання для зменшення доповнень та співпрацюючи з кваліфікованими виробниками для реалізації, інженери-автомобілебудівники можуть значно скоротити відходи. У галузі, де прибуток вимірюється копійками, максимізація кожного міліметра стрічки — це не просто гарна інженерна практика, а обов’язкова бізнес-стратегія.

Часто задані питання (FAQ)

1. Який коефіцієнт використання сировини при штампуванні?

Коефіцієнт використання сировини — це співвідношення маси готової, придатної для використання деталі до загальної маси сировини (стрічки чи листа), яка витрачається на її виготовлення. Він виражається у відсотках: (Net Weight / Gross Weight) * 100. Чим вищий відсоток, тим менше відходів і нижчі витрати на матеріали.

2. Чому використання матеріалів є критичним у автомобільній промисловості?

Сировина зазвичай становить 60-70% загальної вартості штампованого автомобільного компонента. Оскільки обсяги виробництва транспортних засобів є високими, навіть невеликі покращення у використанні матеріалів (зменшення відходів) призводять до значних сукупних економічних вигод та зменшення впливу на навколишнє середовище.

3. У чому різниця між одночастотним (One-Up) та двочастотним (Two-Up) розміщенням?

Одночастотне (One-Up) розміщення передбачає штампування однієї деталі за кожний хід преса, що часто призводить до нижчого виходу матеріалу (наприклад, ~58%) через неефективну розстановку. Двочастотне (Two-Up) розміщення виготовляє дві деталі за один хід, дозволяючи краще ущільнювати геометрії (гнучдення), що значно підвищує вихід матеріалу (часто >60%) та швидкість виробництва.

4. Які матеріали найчастіше використовуються для штампування в автомобільній промисловості?

Вуглецева сталь є найпоширенішим матеріалом завдяки своїй міцності та доступності, доступна в різних марках, таких як низьколегована сталь і високоміцна сталь (HSS). Сплави алюмінію також все частіше використовуються для зменшення ваги конструкцій з метою підвищення паливної ефективності, незважаючи на те, що їх формування є складнішим.