Зменшення відходів при штампуванні металу: 5 технічних стратегій для рентабельності

Коротко

Зменшення відходів при штампуванні металу — це не просто підтримка порядку; це найефективніший спосіб підвищення рентабельності, адже вартість сировини зазвичай становить 50–70% загальної вартості деталей. Щоб перетворити відходи з безповоротних витрат на конкурентну перевагу, виробникам слід застосувати триєдиний підхід: Проектування продукту (DFM) , Оптимізація інструменту (такі як удосконалена укладка та відновлення відходів), і Контроль процесу (моніторинг на основі датчиків). Основним показником успіху є Коефіцієнт використання матеріалу (MUR) — відсоток сировинного листа, який перетворюється на готову деталь.

У цьому посібнику розглядаються технічні стратегії максимізації MUR — від впровадження «нано-з’єднань» для щільнішої укладки до використання датчиків «активного регулювання швидкості», які запобігають дефектам у реальному часі. Переходячи від простого вивезення відходів до інженерно розроблених методів їх зменшення, операції штампування можуть значно підвищити свою маржу.

Стратегія оптимізації 1: Просунуте компонування та використання матеріалів

Найбільш безпосередньою можливістю зменшення відходів є проектування розташування заготовок на стрічці. Нестинг вказує на практику розміщення деталей на металевій стрічці з метою мінімізації порожнього простору (перемичок) між ними. Хоча стандартні схеми «одна заготовка» прості у проектуванні, вони часто залишають надмірну кількість відходів у вигляді решітки. Просунуті методи, такі як компонування «дві заготовки» або «замкнуте», можуть збільшити використання матеріалу на 5–15%, безпосередньо впливаючи на кінцевий фінансовий результат.

Ефективною технікою є компонування за справжньою формою використання сучасних технологій, таких як нано-з'єднання . Як зазначають провідні гравці галузі, такі як TRUMPF, нано-з'єднання — це дрібні фіксуючі виступи, які з'єднують деталь із стрічкою, замінюючи більші традиційні мікро-з'єднання. Оскільки ці виступи є мінімальними, деталі можна розташовувати безпосередньо поруч одна з одною, не ризикуючи виникненням заклинювання чи зіткнення. Ця близькість дозволяє значно щільніше компонувати деталі, скорочуючи ширину міждетальної перемички та ефективно отримуючи більше продукції з кожної рулонної заготовки.

Інший складний підхід — це комбіноване компонування деталей , де менший, інший компонент вирізається зі сміткової зони більшої деталі. Класичним прикладом, наведеним у ESI Engineering Specialties, є виробник спорядження для дайвінгу, який випускає 20 000 D-подібних кілець на рік. Інженери зрозуміли, що можуть штампувати менше кільце, схоже на шайбу, з внутрішнього вирізу у формі "D" більшого кільця — матеріалу, який інакше був би викинутий. Це фактично дає дві деталі за вартість матеріалу однієї. Однак тут діє важливе емпіричне правило: обсяг виробництва більшої деталі має дорівнювати або перевищувати обсяг меншої вбудованої деталі, щоб уникнути нагромадження запасів непотрібних компонентів.

Контрольний список для огляду розташування смуг

• Ширина містка: Чи оптимізована ширина перемички для товщини матеріалу?
• Напрямок волокон: Чи згини орієнтовані перпендикулярно до структури матеріалу, щоб запобігти тріщинам?
• Поворот деталі: Чи дозволяє поворот деталі на 180 градусів забезпечити їхнє блокування один з одним?
• Змішане розміщення: Чи є у специфікації менша деталь, яка може поміститися в смітковій зоні?

Стратегія оптимізації 2: Конструювання та інженерні рішення матриць

Після оптимізації компонування увагу переносять на фізичне оснащення. Дизайн прогресивних матриць пропонує унікальні можливості для відновлення матеріалу за допомогою «відходових матриць» або «матриць для відновлення». Відходова матриця — це додатковий інструмент, спеціально розроблений для приймання відходів (обрізків), що утворюються під час основної операції, та пробивання з них придатної деталі. Хоча це збільшує витрати на оснащення, довгострокова економія при масовому виробництві часто виправдовує такі інвестиції.

Для безперервного виробництва деякі виробники використовують метод «зв'язування відходів» . Як зазначається в технічних обговореннях видання The Fabricator, шматки відходів інколи можна механічно з’єднувати разом (за допомогою затискачів або подібних пристроїв), щоб створити безперервну стрічку, яку можна подавати в додаткову послідовну матрицю. Це креативне інженерне рішення дозволяє автоматизувати подачу того, що раніше було розсипними відходами. Однак інженери повинні бути обережними зміцнення при обробці метал, який вже був деформований або напружений на першій операції, може втратити пластичність, що робить його непридатним для глибокого штампування вторинних деталей. Найкраще він підходить для простих кріплень або плоских компонентів.

Важливо перевірити ці складні концепції оснащення до того, як переходити до твердої сталі. Саме тут стає необхідним співробітництво з виробником, який спеціалізується на технічних можливостях. Такі компанії, як Shaoyi Metal Technology пропозиція комплексні рішення для штампування які заповнюють прогалину між швидким прототипуванням та масовим виробництвом. Використовуючи їхню здатність поставляти кваліфіковані прототипи всього за п’ять днів, інженери можуть уже на етапі проектування перевірити можливості течії матеріалу та компонування, забезпечуючи життєздатність агресивних стратегій зниження відходів для високоволюмних автомобільних стандартів (IATF 16949).

Стратегія оптимізації 3: Запобігання дефектам та контроль процесу

Відходи — це не лише решітка, що залишилася; це також деталі, які ви викидаєте. Необхідно розрізняти спроектовані відходи (внутрішні органі) виробничі відходи (дефектні деталі) є життєво важливим. Хоча інженерні відходи — це проектне рішення, виробничі відходи свідчать про збій у процесі. Поширені дефекти, такі як витягування вилученого елементу (слагу) —коли пробивний шліц залипає на матриці та пошкоджує наступну деталь—можуть зіпсувати тисячі деталей, якщо їх не виявити.

Щоб запобігти цьому, виробники все частіше впроваджують технологію датчиків у прес-форму . Сучасні системи, такі як Active Speed Control , представлені TRUMPF, використовують датчики для контролю випромінювання процесу та автоматичного регулювання швидкості подачі. Якщо система виявляє потенційну проблему, наприклад, неправильне формування розплавленого матеріалу або невикидання шліца, вона може відразу скоригувати параметри або зупинити прес. Це зміщує парадигму від «перевірки якості після виготовлення» (сортування бракованих деталей) до «виробництва якості всередині процесу».

Іншим інструментом для зменшення виробничих відходів є впровадження Системи зору та Drop & Cut технологія. Для решти аркушів — кінцівок котушок чи заготовок, які ще мають корисну площу — камера системи може накладати зображення деталі на відеопотік аркуша. Оператори тоді можуть перетягувати цифрові файли деталей на залишки матеріалу, щоб негайно вирізати запасні частини. Це забезпечує, що навіть «непридатні» кінці котушок приносять дохід, а не йдуть до переробки.

Стратегія оптимізації 4: Конструювання для технологічності (DFM)

Найбільш витратою ефективний час для зменшення відходів — це до того, як інструштампування взагалі виготовлено. Проектування для виробництва (DFM) включає співпрацю між конструкторами продукту та інженерами штампування, щоб адаптувати геометрію компонентів до стандартних ширин стрічок. Часто невелика зміна — наприклад, зменшення фланця на 2 мм або зміна радіуса кута — дозволяє деталі поміститися на вужкій стандартній котушці або щільніше розташуватися поруч із сусідньою.

Вибір матеріалу також має значення. Інженери повинні оцінити, чи може деталь бути штампованою замість обробки на верстаті . Обробка матеріалів — це процес, при якому до 80% заготовки перетворюється на стружку (відходи). Штампування, навпаки, є процесом отримання готової форми. Як зазначає ESI, перехід від обробленого компонента до штампованого не лише радикально зменшує кількість відходів матеріалу, але й часто підвищує швидкість виробництва. Крім того, конструктори повинні враховувати напрямок зерна . Орієнтація деталі на стрічці виключно для максимальної упаковки без урахування напрямку прокатки може призвести до тріщин під час гнуття, що спричинить 100-відсотковий брак у цій партії. Збалансований підхід DFM поєднує економію матеріалу з надійністю процесу.

Висновок: Перетворення відходів на прибуток

Зменшення відходів при штампуванні металу — це багатопрофільне завдання, яке винагороджує за уважність і креативність. Відмовившись від погляду, що відходи — це просто «витрати на ведення бізнесу», виробники можуть виявити значний прихований прибуток. Впровадження сучасних стратегій розкрою, таких як нано-з'єднання, креативне повторне використання обрізків за допомогою матриць для їх відновлення та використання розумних датчиків створює надійну систему, у якій максимально ефективно використовується матеріал.

Успіх потребує зміни мислення: сприйняття кожного квадратного сантиметра стрічки як потенційного доходу. Чи то за рахунок незначних коректив у конструкції для кращого розкрою, чи завдяки інвестиціям у розумні системи керування пресами, що запобігають тисячам дефектів, мета залишається однаковою — максимізувати коефіцієнт використання матеріалу (MUR) та забезпечити, щоб єдиний метал, який залишає завод, був у формі якісних, придатних для продажу деталей.

Поширені запитання

1. У чому різниця між відходами та сміттям при штампуванні металу?

Хоча ці терміни часто використовуються як синоніми, «скрап» зазвичай стосується вторсированих металевих відходів (наприклад, стрічки-каркасу або внутрішніх органів), які мають певну залишкову вартість при продажі дилеру. «Відходи» або «сміття», як правило, означають неможливі для переробки матеріали чи ресурси, що не мають вартості відновлення. Проте в умовах системи згортання виробництва будь-який матеріал, який купується, але не продається як продукт, вважається відходами, які потрібно мінімізувати.

2. Як компонування деталей зменшує витрати на матеріали?

Компонування оптимізує розташування деталей на металевій стрічці, щоб мінімізувати порожні простори між ними. Використовуючи такі методи, як блокування деталей, їх обертання або розміщення менших деталей у зонах скрапу більших, виробники можуть виготовляти більше деталей з одного мотка. Оскільки вартість матеріалів часто становить 50–70% загальної вартості деталі, збільшення кількості деталей з мотка безпосередньо знижує собівартість одиниці продукції.

3. Які найпоширеніші дефекти призводять до відходів при штампуванні?

Поширеними дефектами, що призводять до браку деталей (виробничого скрапу), є витягування вилученого елементу (слагу) (де відходи затягуються назад у матрицю), заусенці (гострі краї через затуплене інструмент або неправильний зазор), розшарування/тріщини (часто через проблеми з напрямком прокатки), і зморшкування . Для запобігання цьому потрібне регулярне обслуговування матриць та контроль процесу.

4. Що таке матриця для відходів або відновлювальна матриця?

Матриця для відходів, відома також як відновлювальна матриця, — це спеціальний штампувальний інструмент, призначений для виготовлення меншої окремої деталі з відходів (обрізків), що утворюються під час основної операції штампування. Наприклад, вирізаний металевий фрагмент від каркаса вікна автомобіля може подаватися в матрицю для відходів, щоб виготовити невелику скобу, ефективно отримуючи безкоштовну сировину для вторинної деталі.

5. Як напрямок прокатки впливає на рівень відходів?

Металевий рулон має «напрямок» (текстуру), подібний до дерева, який утворюється під час процесу прокатки. Згинання металу паралельно цьому напрямку може призводити до тріщин на зовнішній стороні вигину, що призводить до бракування деталей. Проектування розташування заготовок таким чином, щоб критичні згини виконувалися перпендикулярно до напрямку (текстури), запобігає утворенню тріщин, навіть якщо це означає трохи меншу оптимальну щільність розкрою.