Высокопроизводительная штамповка с подачей рулонного материала незаметно снижает рентабельность из-за отходов. 2% брака при производстве миллиона деталей приводят к потерям стали, времени прессования и трудозатрат на изготовление 20 000 деталей, которые так и не отгружаются. Поставщик, предлагающий более низкую цену за единицу продукции, но допускающий большие отходы, все равно может уступить более экологичному производству по общей стоимости одной качественной детали. Как предприятие может сократить количество отходов? Сначала перечислите все источники отходов, а затем последовательно задействуйте три основных фактора: компоновка полосы и планирование рулона, состояние штампа и смазки, а также точность подачи. Еженедельные данные об отходах позволяют контролировать все три фактора, и вместе они снижают процент брака на линии штамповки до уровня значительно ниже 2–3%, допустимого для большинства предприятий.

Основные выводы

• Изменение длины подачи является крупнейшим контролируемым источником отходов при штамповке рулонным способом, иСервоприводной подающий механизм обеспечивает точность длины подачи ±0,05 мм.Удаляет большую часть этого.

• Расположение полос и состояние фильеры определяют предельный уровень использования материала. Перед тем как окончательно установить ширину рулона, необходимо проверить оба параметра на опытном образце.

• Точность подачи защищает как инструмент, так и материал. Один неверный шаг подачи может повредить штамп, что приведет к потерям, превышающим год брака.

• Еженедельно проводите оценку брака по первопричинам. Диаграмма Парето показывает, какую из шести распространенных причин следует устранить в первую очередь.

• Установите реалистичную цель: менее 3% брака на хорошо отлаженной линии, менее 1% для лучших в своем классе, а 5% рассматривайте как тревожный сигнал.

Во сколько на самом деле обходится утилизация отходов материалов?

Лом — это не абстракция. Это купленная рулонная сталь, которая никогда не станет пригодной для продажи деталью, плюс время, затраченное на прессование и трудозатраты на её изготовление. Показатель, определяющий прибыльность заказа, — это себестоимость одной качественной детали:

Стоимость одной качественной детали = (материалы + трудозатраты + машинное время + оснастка) ÷ количество отгруженных качественных деталей

Лом влияет на обе стороны этой фракции в худшую сторону. Он расходует материал, за который уже была произведена оплата, и распределяет фиксированное время прессования на меньшее количество пригодных для продажи деталей. Два завода, работающие над одним и тем же заказом на 1 000 000 деталей, оба потребляют 0,45 кг рулона на каждую произведенную деталь и работают со скоростью 60 ходов в минуту, демонстрируют эту разницу:

Поскольку лом всё ещё имеет ценность при перепродаже, материальные потери не равны полной цене рулона. Это разница между тем, сколько вы платите за рулон, и тем, сколько вам платит торговец ломом, плюс машинное время и трудозатраты, которые не привели к получению ничего пригодного для продажи. Именно поэтому два предложения, основанные на разных предположениях о ломе, редко совпадают так же точно, как это предполагает цена за штуку.

Источники отходов в линии штамповки с подачей рулонного материала

Потери при обрезке, каркасы и концы катушек

Каждая линия штамповки с подачей рулонного материала генерирует несколько предсказуемых потоков отходов. Обрезки образуются с внешних краев полосы. Каркас — это оставшаяся полоса после резки заготовок. Пробитая полоса — это материал, удаленный из отверстий и вырезов. Концы рулона — это короткие отрезки, оставшиеся в начале и конце каждого рулона. Контрольные образцы — это первые детали, изготовленные во время настройки штампа и подающего устройства.

Хорошо организованная линия по производству рулонной стали обычно производит 2–3% отходов, что кажется незначительным, пока не распределит этот показатель на годовой объем производства. Возможность заключается не в одном конкретном виде потерь, а в ранжировании внутри этих потоков. Потери обрезки зависят от компоновки полосы. Потери каркаса зависят от раскроя. Потери концов рулонов зависят от планирования рулонов. Потери на заготовках зависят от более быстрой переналадки и повышения точности первой детали. Для каждой причины существует свое решение, поэтому первая задача — определить, какую именно проблему следует устранить.

Дефекты настройки и отклонения в подаче сырья

Дефекты, возникающие при настройке оборудования, концентрируются в начале производственного цикла. Детали изготавливаются до того, как лента выровнена, матрица установлена, а длина подачи подтверждена, и каждая деталь, изготовленная в этот период, вызывает подозрение. Неточная подача — это более серьезная и устойчивая проблема, и она выделяется как крупнейший контролируемый источник отходов материала на линии с рулонной подачей. Даже небольшое превышение или недобор при подаче приводит к смещению заготовки внутри матрицы, что приводит к неправильной установке детали, неравномерной обрезке или разрыву кромки.

Неравномерность подачи также приводит к потерям материала между качественными деталями. Причина редко заключается только в подающем устройстве: натяжение полосы, настройки выпрямителя и управление петлей — все эти факторы взаимодействуют. Свободная петля позволяет полосе смещаться. Тугая петля тянет за собой подающие ролики. Оба условия сокращают или удлиняют ход подачи. Образующиеся таким образом отходы незаметны в отдельной детали, но накапливаются в течение длительного производственного цикла.

Проверенные способы сокращения отходов материалов

Для эффективного сокращения отходов материала в первую очередь следует заняться компоновкой и состоянием штампов. Отходы начинаются с компоновки полосы, разработанной в инструментальном цехе, и состояния штампов внутри пресса, и именно эти два фактора определяют, какое количество закупленной рулонной ленты станет пригодным для продажи.

Оптимизация размещения заготовок и компоновки полос.

Расположение заготовки в полосе определяет теоретический предел использования материала. Инженеры поворачивают, зеркально отображают или объединяют заготовки, чтобы закрыть зазоры между деталями, а штампы, позволяющие изготавливать несколько деталей за один ход, обслуживают крупносерийное производство. Каждое решение изменяет расположение заготовки в полосе, которое затем определяет ширину рулона и шаг подачи.

Агрессивное сокращение компоновки повышает коэффициент использования на бумаге, но ослабляет несущую ленту. Более слабая несущая лента повышает чувствительность к подаче и риск повреждения инструмента. Один проект по изготовлению контактов для батарей наглядно продемонстрировал этот компромисс: компоновка ленты в CAD-модели обеспечила отличный теоретический коэффициент использования, однако в пилотном производстве наблюдалась нестабильность после нескольких станций формовки. Инженеры немного расширили несущую ленту и перенастроили станции. Производство стабилизировалось, вариативность индексации снизилась, а интервалы технического обслуживания увеличились. Общая стоимость снизилась благодаря повышению надежности.

Проверенная последовательность переходит от геометрии к проверке:

1. Поворачивайте, зеркально отображайте или сопоставляйте заготовки, чтобы закрыть зазоры между деталями.

2. Приблизьте контур заготовки к готовой детали настолько, насколько это позволяют формовочные станции.

3. Попробуйте использовать рулон меньшей ширины и меньший шаг подачи, затем измерьте изменение количества отходов.

4. Переработайте геометрию головки позвонка, чтобы уменьшить количество лишнего материала, используемого при формовке.

5. Проведите пробную партию и проверьте изделие на наличие складок, сужения и нестабильности носителя.

6. Зафиксируйте проверенную ширину катушки, затем приобретите катушку с более жестким допуском по ширине.

Проверяйте компоновку детали и полосы одновременно. Компоновка, которая только максимизирует использование ресурсов, не выдержит эксплуатации в производстве, поэтому пересмотрите ее после первых опытных запусков, чтобы учесть реальные ограничения.

Улучшенная система ухода за штампами и смазки.

Схема расположения полос определяет максимальный уровень использования материала. Состояние штампа определяет, достигнет ли производство этого предела. Изношенные кромки затупляются, зазоры смещаются, а допуски отклоняются. Планирование технического обслуживания по количеству ходов обеспечивает стабильное качество деталей между обслуживаниями. Встроенные в штамп датчики обнаруживают сбой подачи или деформацию и останавливают пресс, предотвращая повреждение штампа, которое является крупнейшим единичным браком на линии.

Равномерность смазки так же важна, как и геометрия инструмента. Автоматическая система распыления или роликовая система равномерно распределяют штамповочное масло, в то время как ручная щетка оставляет сухие участки и вызывает заедание. Оптимизация зазора матрицы в зависимости от материала и толщины уменьшает образование заусенцев, а зазор и выравнивание лезвия при регулировке хода ножниц контролируют перекос. Эти рычаги управления процессом имеют центральное значение для любого проекта автоматизации штамповки металла, поскольку стабильная работа матрицы — единственная причина, по которой плотная компоновка полосы остается жизнеспособной в производстве.

Обрезка концов катушки и отходов при переналадке

Два вида отходов, которые большинство предприятий никогда не обрабатывают, — это обрезки рулонов и детали, изготовленные во время подготовки заказа. В обоих случаях это скорее проблемы планирования, чем проблемы оборудования. Заказывайте рулоны такой длины, чтобы они равномерно распределялись по партии, и тогда остатки в конце последнего рулона перестанут быть частично оплаченными обрезками. Если остатки неизбежны, пометьте их маркой материала, толщиной и весом, а затем верните на склад в качестве запланированного заказа на изготовление более мелкой детали, вместо того чтобы оставлять их лежать без дела.

В части настройки цель состоит в сокращении количества ходов до получения первой качественной детали. Предварительно подготовьте и установите следующую матрицу, используйте быстрое зажимание и стандартные высоты закрытия, а также ведите лист настройки, в котором записываются точная длина подачи, настройка петли и линия прохода для данного инструмента. Подтверждайте первый ход с помощью проверки длины, выполненной самим подающим устройством, вместо того, чтобы пропускать детали через матрицу. Каждый сэкономленный ход — это деталь, которая никогда не попадет в мусорный контейнер.

Повышение точности подачи при штамповке рулонным способом

Как точность сервопривода подачи позволяет эффективно удалять отходы

Изменение длины подачи является основной контролируемой причиной потерь материала на любой линии подачи рулонного материала, и его также проще всего измерить. Подающий механизм, рассчитанный на ±0,05 мм, удерживает полосу в пределах припуска на обрезку, предусмотренного в схеме расположения полос. Подающий механизм, отклоняющийся на 0,10–0,15 мм, расходует этот припуск, и в результате штамп сталкивается со смещенным направляющим элементом. Любую величину точности следует рассматривать вместе с ее основанием: на один проход, на метр длины подачи или точность повторения при полной нагрузке рулона — эти три показателя не взаимозаменяемы.

Цена, которую обходится отклонение пуансона, заключается не только в браке деталей. Полоса, смещающаяся во время вхождения пуансона, может оставить на нем следы или трещины, а промах может вывести матрицу из строя на несколько дней. Именно поэтому точность подачи обычно является первым параметром, который необходимо определить при выборе.Подберите сервоприводной подающий механизм к прессу и длине подачи.и почему более медленная, но точная линия часто приносит больше дохода, чем более быстрая и менее точная.

Регулировка выпрямления, натяжения и выравнивания

Выпрямление рулона устраняет напряжение и искривление до того, как лента попадет в матрицу. Невыпрямленный рулон приводит к сбоям подачи, плохому позиционированию, заклиниванию, деформации деталей, поломке матрицы и чрезмерным простоям.выпрямитель разматывателяУстройство объединяет размотку и выравнивание в одном блоке, и количество рулонов должно соответствовать толщине материала, поскольку слишком малое количество рулонов не позволит удалить деформацию рулона, независимо от того, как настроены параметры. Плоскость, а не просто прямолинейность, обеспечивает повторяемость подачи.

Регулировка натяжения между разматывателем и подающим устройством служит буфером против внезапных скачков спроса. Нестабильный контур либо натягивает подающее устройство, либо выпускает слишком много ленты, и оба состояния проявляются как ошибка подачи. Управление контуром контролирует размер контура и регулирует скорость разматывателя для поддержания стабильного потока. Когда рулон отклоняется вбок вместо того, чтобы двигаться скачкообразно, решение обычно носит механический характер:выравнивание разматывателя и отслеживание катушкиДефекты проявляются в виде неравномерной обрезки задолго до того, как они проявляются в виде остановки пресса.

Направляющие должны контролировать боковое положение, не смещая полосу с ее естественной траектории. Принудительное боковое направление повреждает кромки и приводит к повторному отклонению полосы от направляющей. Трехпозиционный разматыватель-выпрямитель-податчик, который компания Jinzhide производит для многопозиционных и многоштабелных штампов, сокращает путь материала между размоткой и прессом и устраняет нестабильность петель, возникающую при использовании отдельных устройств. Именно поэтому интегрированная линия сохраняет свою точность более стабильно, чем тот же подающий механизм, работающий автономно, при меньших капитальных затратах, чем три отдельных станка.

Разработайте программу сокращения брака на основе данных.

Отслеживание показателей отходов и первопричин их возникновения.

Программа сокращения брака начинается с измерений. Производители сортируют и взвешивают бракованные детали на каждом этапе производства, а затем вводят данные в систему управления производством (MES) или систему управления качеством (QMS). Для расчета процента брака необходимо разделить вес всего брака — обрезков, бракованных деталей и деталей, использованных при переналадке, — на общий вес использованной рулонной стали, а затем умножить на 100. Полученный процент становится базовым показателем, относительно которого оцениваются все последующие изменения.

Несколько показателей заслуживают регулярного внимания. Подсчет брака при переналадке показывает количество деталей, изготовленных до стабилизации штампа и подающего устройства. Подсчет дефектов отслеживает брак по причинам, таким как несовпадения, заусенцы или неточности размеров. Стоимость брака на одну качественную деталь делится на общую стоимость дефектов и количество отгруженных качественных единиц. Выход годной детали с первого прохода показывает, какая часть партии не требовала никакого вмешательства. Визуальные временные шкалы в цеху позволяют с первого взгляда увидеть время работы, незапланированные простои и замены катушек. Внезапный скачок в ночную смену обычно указывает на проблемы с инструментом, в то время как устойчивый рост на протяжении всех смен чаще указывает на качество материала или подачу.

Постройте еженедельный график данных в виде диаграммы Парето, и система ранжирования автоматически определит приоритеты. Приведенное ниже распределение является типичным, а не универсальным, поэтому рассматривайте его как отправную точку и замените своими собственными данными, как только у вас будет два-три месяца записей.

Наибольший вклад в проблему вносит смещение длины подачи, которое также является причиной нескольких меньших проблем, поскольку нестабильное натяжение и сбои подачи обычно представляют собой одну и ту же проблему, рассматриваемую под другим углом. В первую очередь следует устранить проблемы с подачей и материалом, поскольку смещение влияет на все детали. Затем следует уточнить параметры штампа, изменяя их по одному параметру за раз и проводя измерения в течение всего производственного дня. Именно такая дисциплина предотвращает образование брака, а не его повторное образование.

Установите цели и поддерживайте достигнутые улучшения.

Реалистичные цели определяют прогресс. Хорошо обслуживаемая линия подачи рулонного материала должна удерживать процент брака ниже 3% от общего объема потребляемого рулонного материала, а лучшие в своем классе предприятия достигают показателя ниже 1% при стабильных производственных циклах. 5% следует рассматривать как пороговое значение, которое запускает проверку точности подачи и состояния материала. Цель должна быть конкретной — снижение процента брака на определенное количество процентных пунктов в течение установленного периода — и рассматривать относительное снижение на 30–50% как реалистичную среднесрочную цель для скоординированной программы.

Для поддержания достигнутых результатов необходима дисциплина. Стандартизируйте процедуры настройки и оснастки, чтобы каждый цикл производства начинался одинаково. Проводите профилактическое техническое обслуживание штампов и подающих устройств, заменяя изношенные компоненты до того, как они вызовут изменение размеров. Проводите проверку первого образца перед началом полномасштабного производства и контролируйте ключевые размеры во время формовки. Отслеживайте брак по станкам, изделиям и сменам, выявляйте первопричины, такие как оснастка, материал или обработка, и устраняйте каждую из них с помощью корректирующих действий. Точная оснастка, передовая конструкция штампов и сертифицированные системы качества работают вместе, чтобы обеспечить более высокий выход годной продукции.

Интеграция – это то, что предотвращает снижение показателей. Сервопривод подачи, устройство выравнивания и контур управления должны работать в рамках одного синхронизированного технологического окна, поскольку на высокой скорости небольшая ошибка синхронизации превращается в повторяющиеся сбои подачи и увеличение заусенцев. Устойчивая цель – это максимально возможная скорость, при которой вся линия продолжает производить соответствующие детали с приемлемым сроком службы штампа и временем безотказной работы. Улучшения в подаче, выравнивании и смазке накапливаются медленно, и еженедельные проверки по Парето предотвращают их снижение.

Извлеките выгоду из металлолома, которого вы не можете избежать.

Нулевое количество лома — нереалистичная цель, и это не задача. Цель — компенсировать незапланированное и неучтенное количество лома. Оставшийся лом по-прежнему имеет рынок сбыта, и от того, как с ним обращаются, зависит, какая часть убытков будет компенсирована. С самого начала разделяйте лом по сплавам, поскольку углеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминий, медь и латунь имеют очень разную стоимость при перепродаже, и один смешанный контейнер снижает цену на весь лом до уровня смешанного. Держите маслосодержащий материал отдельно, если этого требует дилер, и прессуйте его в тюки или брикеты, чтобы затраты на обработку и транспортировку не снижали объем переработанного лома.

Затем замкните цикл: еженедельно взвешивайте отходы и сверяйте их с показателем, рассчитанным на основе производственных данных. Разница между ними обычно означает, что отходы покидают здание незарегистрированными, или что заявленный показатель учитывает только те детали, которые кто-то вспомнил зарегистрировать.

Сокращение отходов — это непрерывный процесс, а не разовое решение. Начните с одной линии прессования или семейства деталей с большим объемом производства: измерьте текущий процент брака, затем в указанном порядке — компоновку рабочего места, уход за штампом и точность подачи. В первую очередь проверьте точность сервопривода подачи, производительность выпрямления и состояние штампа, поскольку дрейф подачи остается наибольшей контролируемой потерей. Установите целевой показатель расхода материала ниже 3%, а затем стремитесь к показателю ниже 1% при стабильных циклах работы. Еженедельно просматривайте диаграмму Парето, уточняйте по одной переменной за раз и удерживайте каждый достигнутый результат, прежде чем переходить к следующему. Компания Jinzhide производит разматыватель, выпрямитель исервоприводсистемы, которые поддерживают эти параметры на должном уровне — пришлите нам марку материала, толщину и длину подачи, и мы подтвердим конфигурацию для вашей линии.

Часто задаваемые вопросы

Что является причиной наибольшего количества отходов материала на линии штамповки с подачей рулонного материала?

Смещение длины подачи, на которое обычно приходится 30–40% всего брака. Это самая большая контролируемая причина, поскольку одна неправильная подача приводит к смещению полосы на каждой последующей станции, поэтому одна ошибка приводит к появлению нескольких дефектных элементов на одной и той же детали. Проверка положения пилотного отверстия относительно края полосы после одного смещения достаточна для выявления проблемы до того, как она затронет всю катушку.

Насколько сервоприводной подающий механизм может снизить количество брака?

Это зависит от того, какая часть вашего брака связана с колебаниями подачи. Если смещение составляет примерно треть от 2,5% брака, а точный подающий механизм удаляет большую его часть, ожидайте, что процент брака стабилизируется на уровне 1,9–2,0%, что составляет прирост примерно на полпроцента. При сравнении подающих механизмов проверяйте, с чем измеряется показатель точности — на один проход, на метр длины подачи или точность повторения при полной нагрузке на катушку, — поскольку эти три параметра не взаимозаменяемы.

Какова роль выпрямления в сокращении количества отходов?

Выравнивание устраняет деформацию витков и поперечное искривление, благодаря чему полоса входит в матрицу в плоском положении. Прямая, но все же изогнутая полоса подается под небольшим углом, что проявляется в виде волнистости кромок, неравномерной обрезки и направляющих отверстий, смещающихся вбок, а не вдоль направления подачи. Подберите количество и диаметр валков в соответствии с толщиной материала; выравнивающее устройство со слишком малым количеством валков не сможет устранить кривизну, независимо от регулировки.

Какой процент брака должен быть достигнут при хорошо организованной производственной линии?

Показатель ниже 3% потребления катушки является разумным ориентиром для хорошо обслуживаемой линии, а показатель ниже 1% достижим при стабильных, высокообъемных производственных циклах с использованием качественного оборудования и точного контроля подачи. Следите за тенденцией, а не за среднемесячным значением, поскольку единичный скачок выше базового уровня — гораздо более действенный сигнал, чем медленное изменение, которое никто не замечает.

Каким образом автоматизация штамповки металла способствует сокращению брака?

Автоматизация замыкает цикл между подающим устройством и прессом. Встроенные в штамп датчики останавливают пресс при неправильной подаче, прежде чем та же ошибка повторится для остальной части полосы, подающее устройство сообщает о каждом продвижении, поэтому отклонения выявляются на этапе проходов, а не на этапе окончательной проверки, и данные связывают каждый рулон с произведенными на нем деталями. В этом и заключается практическая выгода от автоматизации штамповки металла: количество брака в конце месяца становится измеренным показателем, а не оценкой.