Как загубите от материал повишават цената на CNC детайл — и кои проектни решения ги намаляват

Загубите от суровина първостепенен ли ценов фактор са за вашия детайл?

CNC обработката е отнемащ процес: детайлът започва като блок или прът и всичко, което не е детайлът, се отрязва². Отстраненият материал — стружки, опилки, остатъци и неизползвана заготовка — е платен и никога не достига клиента, затова неговото намаляване понижава разхода за суровина, потреблението на енергия и труда за извозване на отпадъка⁶.

Разходът за материал при обработка се характеризира като цена на заготовката минус стойност на стружката, затова разликата между закупената заготовка и изпратения детайл е числото, което има значение¹³. Колко голяма е тази разлика, зависи от детайла.

При малосерийни обработвани детайли със сложна геометрия съотношението между теглото на завършения детайл и теглото на началния материал съобщено е 5:1 или по-лошо, а този загубен материален разход влияе повече на икономиката на малките серии, отколкото на производството на големи серии, където материалната ефективност може да се подобри с течение на времето чрез инженерни решения².

Съобщените диапазони на използване на материала поставят обработката на 20-80%, срещу 70-90% при коване и 40-95% при леене^{13 23} (стойност, съобщена от доставчик). За вашето решение практическият въпрос е колко от заготовката ви става стружка.

Ако детайлът ви е проста призматична форма, изрязана от лист с малко излишък, загубите са второстепенна позиция и останалата част от тази статия заслужава ограничено усилие. Ако детайлът е сложен и малосериен, разликата между закупеното и отлетялото (buy-to-fly) е мястото, където проектното усилие се изплаща.

Нито един източник в този набор не дава цена на материала за kg или стойност на извличане на скрап за kg, затова не можете да изчислите ценовото влияние от тези стойности — поискайте от доставчика размера на заготовката и теглото на завършения детайл в офертата и ги сравнете.

Изберете началната заготовка, която отнема най-малко материал

Понеже разходът за материал е цена на заготовката минус стойност на стружката, най-евтината заготовка е тази, чийто излишък над завършения детайл е най-малък¹³.

Началният материал с near-net форма — заготовка, която започва по-близо до завършената геометрия — намалява материалните загуби, а формата има значение: прът за струговани детайли, подходяща дебелина лист за плоски компоненти и заготовки с минимален излишък за сложни обработвани детайли — всички намаляват материалния разход за завършено парче². Два навика работят срещу това.

Свръхразмерна заготовка се купува, защото е на склада или защото обвивката в чертежа е закръглена нагоре, а всеки излишен милиметър става стружка^21,26. Нестандартните размери на заготовките ви принуждават да купите размер, който не е това, от което детайлът се нуждае.

Съобразяването на ориентацията на детайла с често срещани размери на профили, листове или пръти опростява снабдяването и намалява излишъка, за който плащате²⁶.

Когато задавате заготовката, поискайте от доставчика оферта за най-близкия стандартен размер, който все още съдържа завършената обвивка, и проверете дали друга сплав или термична обработка може да удовлетвори изискването за якост или корозия при по-ниска цена на обработка²⁶.

Източниците не измерват колко спестява някоя от тези промени, затова приемете посоката за надеждна, а мащаба — за нещо, което се потвърждава в офертата.

Разполагайте по няколко детайла на лист или обединявайте парчета в един компонент

Софтуерът за разположение (nesting) поставя няколко детайла върху един лист, за да максимизира използването на материала, подрежда парчетата интелигентно и намалява скрапа⁸. Обединяването на детайли атакува същите загуби от другата страна: сливането на няколко парчета в един компонент отстранява материала и времето за обработка, които всяко отделно парче би погълнало⁸.

Два независими издатели съобщават, че оптимизираното разположение и стратегиите за използване на материала намаляват разходите за скрап^8,14. Разположението не е автоматично изгодно.

То се изплаща, когато детайлите ви са плоски, изрязвани от лист или плоча и произвеждани в количества, които запълват лист. Малко помага при един голям детайл, който вече заема по-голямата част от заготовката, или при струговани детайли от прът, където геометрията не се подрежда.

Обединяването на детайли има свой лимит: сливането на парчета добавя елементи и може да усложни маршрута на обработка, затова спестяването е в материала и времето за сглобяване, не непременно в цикловото време⁸.

Преди да се решите, попитайте дали детайлите във вашия възел могат да бъдат обединени в един и дали цехът подрежда по няколко детайла на лист или офертира всеки от собствена заготовка^8,26.

Нито един от източниците не измерва подобрението на използването или спестяването от разположението, затова отговорът ще дойде от сравнение на оферти, а не от публикуван процент.

Сравнете материалните форми по използване и оснастка, преди да поискате оферти

Near-net формите показват по-високо съобщено използване на материала и по-малко обработка от рязането от масив, но носят разход за оснастка и, при прецизно леене, по-дълъг срок^13,18.

Стойностите за използване и оснастка по-долу са съобщени диапазони, които варират според процеса и дизайна, затова ги използвайте за пресяване на форми, а не за предсказване на цена¹³.

Прецизното леене може също да обедини няколко детайла в един отлив, което намалява едновременно материалните загуби и времето за обработка, но се нуждае от оснастка и разработка на процеса и не е идеално за много малки количества или често сменящи се дизайни¹⁸.

Излишният материал при леене от леяковите канали и прикормките обикновено може да бъде претоплен и преизползван, което допълнително повишава материалната му ефективност⁷.

Оправда ли обемът ви near-net оснастката?

Инвестицията в оснастка се възвръща само когато се разпредели върху достатъчно бройки, а съобщените количествени диапазони се различават рязко по процеси, затова количественият диапазон избира процеса, а не обратното^4,19.

Това са съобщени пресяващи диапазони, а не ръководещи стандарти, и нито един източник в този набор не дава количествен праг за изгодността на оснастката при коване¹⁹. Прецизното леене подхожда на малък до среден годишен обем и не е идеално за много малки количества или често сменящи се дизайни¹⁸.

Началната инвестиция в матрица при леене под налягане е значителна, но става изгодна, когато се разпредели върху големи производствени обеми⁴. Леенето дава икономии от мащаба, след като дизайнът е финализиран и не подлежи на чести промени⁷.

Задавайте толеранси и финиш само където функцията ги нуждае

Стегнатите толеранси, GD&T връзките и изискванията за протоколи добавят финишни проходи и контролна работа, което е разход за качество върху обработката, която вече плащате²¹.

Контролът е да прилагате стегнати толеранси само върху функционалните елементи и да дефинирате метода за приемане, така че цехът да не гони прецизност по повърхности, които не се нуждаят от нея²¹.

Един едновременен метод за проектиране на размер и толеранс намали разхода за производство с приблизително 22% в тестов случай и позволи по-свободни толерансни класове (IT4 до IT7), съгласувани с практическата производствена възможност¹⁶. Тази стойност идва от един казус, затова я приемете като илюстрация на посоката, а не като очаквано спестяване.

Механизмът е, че по-свободните класове намаляват трудността на обработката, където седи цената¹⁶. Преди да пуснете чертежа, маркирайте критичните елементи и оставете стандартни толеранси на останалите, и проверете дали някой размер не е зададен по-стегнат от ±0.05 mm само заради шаблон по подразбиране, а не заради функционална нужда²⁶.

Нито един източник в този набор не измерва въздействието на толеранса или повърхностния финиш върху материалните загуби по-конкретно, затова спестяването тук е във времето за обработка и контрол, а не в заготовката.

Проверете изискванията за проследимост, контрол и срок, преди да заключите изискването за материал

В регулирани приложения проследимостта на материала и документацията AS9100D/ITAR добавят процесна и документационна тежест, която може да влияе на избора и цената на материала²³.

Проектните решения заключват 70-80% от общите разходи през жизнения цикъл на детайла, преди обработката да започне, затова ранен DFM преглед, който идентифицира промени в геометрията, толерансите и материала, е най-евтиното място да ги направите^{23 13} (стойност, съобщена от доставчик).

Дългите срокове или минималните количества за поръчка могат да направят малките партии много скъпи, дори материалът да е наличен на хартия, затова потвърдете срока и MOQ на формата, преди да се решите²⁶.

• ✓Потвърдете дали приложението изисква пълна проследимост на материала и документация AS9100D или ITAR, и дали това ограничава сплавта или формата, която можете да използвате.
• ✓Поискайте от доставчика срока и минималното количество за поръчка на конкретната форма на заготовката, а не само на сплавта.
• ✓Направете DFM преглед преди началото на рязането и документирайте одобрените промени в геометрията, толерансите и материала под инженерен контрол на промените.
• ✓Проверете дали зададеният размер на заготовката е близък до крайната обвивка, за да избегнете големи количества пропиляна заготовка.
• ✓За стабилни детайли с голям обем оценете дали леенето плюс CNC обработка може да намали материалните и първичните (roughing) разходи.

Къде източниците се разминават или мълчат

Стойностите по-долу са тези, които купувач най-вероятно ще повтори, сякаш са утвърдени. Това са съобщени диапазони от източници на ниво продавачи, а диапазоните за оснастка се застъпват между процесите, затова проверете позицията, която се отнася за вашия детайл, вместо да цитирате диапазон като правило¹³.

Нито един източник в този набор не дава цена на материала за kg, стойност на извличане на скрап за kg, или измерено влияние на загубите върху цената на парче, затова нито едно от обсъдените спестявания не може да се запише като число^2,6,13.

What the sources do not establish

• Нито един източник не дава цена на материала за kg или стойност на извличане на скрап за kg, затова количествената връзка между загубите и общата цена на детайла не може да бъде изчислена.
• Нито един източник не измерва спестяванията на материал или цена от конкретни проектни промени като near-net заготовка, разположение върху лист или обединяване на детайли.
• Нито един източник не дава сравнителни срокове по форма на материала (прът, лист, коване, леене).
• Нито един източник не дава количествен праг за икономическата ефективност на оснастката при коване.
• Нито един източник не измерва въздействието на толеранса или повърхностния финиш върху материалните загуби по-конкретно.
• Нито един източник не задава изисквания за пробни образци или сертификация, които да сменят избора или загубите на материал.
• Нито един източник не дава типични минимални количества за поръчка по форма на материала.
• Нито един източник не разглежда стойността на извличане на скрап или приходите от рециклиране като компенсация на разхода.