O abordare echilibrată a economiei producţiei

Scule

de Seco Tools

O abordare echilibrată a economiei producţiei

Operaţiile de prelucrare se concentrează pe fabricarea de piese precise la cel mai mic preţ, pentru a obţine un maxim de rentabilitate. Metoda tradiţională de micşorare a costurilor de fabricaţie constă în accelerarea producţiei prin folosirea unor parametri agresivi de prelucrare, de obicei viteze mari de aşchiere.

Cu toate acestea, această abordare nu ţine cont de factori semnificativi de cost, cum ar fi cheltuielile cu piesele rebutate şi timpul de oprire a producţiei.

O strategie care să ia în calcul întreg procesul şi care să aibă o vedere de ansamblu asupra economiei producţiei oferă cel mai bun echilibru între productivitate şi costurile de producţie, cu includerea tuturor factorilor de cost.

Controlul costurilor

Unele elemente ale costurilor de producţie sunt, în general, dincolo de controlul unui producător. De exemplu, costul şi tipul semifabricatului sunt dictate de utilitatea finală a componentei prelucrate. Nu se pot economisi bani prin înlocuirea pieselor din Inconel® dintr-un motor cu turbină cu un material mai ieftin cum ar fi fonta cenuşie. Similar, investiţiile în maşini-unelte, întreţinerea şi menţinerea lor în funcţiune sunt costuri fixe, care implică, de obicei, şi plăţile în curs de desfăşurare ale creditelor pentru echipamente. Costurile cu forţa de muncă sunt oarecum mai flexibile, dar sunt efectiv fixe pe termen scurt. Toate aceste costuri, precum şi costurile cu sculele, trebuie să fie compensate cu veniturile realizate din vânzarea componentelor fabricate. Creşterea ratei de producţie – viteza cu care semifabricatele sunt transformate în produse finite – poate compensa costurile fixe.

Mai rapid nu înseamnă neapărat mai bun

Elementele procesului de producţie pe care producătorii le pot controla includ parametrii la care sunt utilizate sculele de aşchiere. Scule, tehnici şi strategii diferite vor influenţa rata producţiei. Mai mult, unele unităţi de producţie cred că simpla creştere a vitezei de aşchiere conduce la creşterea numărului de piese prelucrate în unitatea de timp şi, implicit, la reducerea costurilor de fabricaţie.

Situaţia este mult mai complexă de atât. Viteza mare de aşchiere are un preţ. În general, cu cât o operaţie este executată mai rapid, cu atât devine mai instabilă. Solicitările, inclusiv mărirea forţelor de aşchiere şi a cantităţii de căldură generată, vor afecta atât scula, cât şi semifabricatul. Uzura sculei este mai rapidă şi mai puţin previzibilă. Scula se poate rupe şi poate duce la distrugerea semifabricatului, iar uzura sculei şi vibraţiile pot produce variaţii dimensionale ale produsului finit şi o slabă calitate (rugozitate) a suprafeţei piesei.

Rezultatul este obţinerea unui rebut, al cărui cost de fabricaţie trebuie suportat din profit. În funcţie de valoarea semifabricatului şi de utilitatea finală a produsului finit – de exemplu un superaliaj costisitor destinat unor componente aerospaţiale complexe – rebutarea unei piese poate avea un efect devastator asupra costului total al operaţiei de prelucrare. În plus, un proces care funcţionează în afara limitelor de fiabilitate nu se poate desfăşura nesupravegheat sau cu supraveghere minimă, eliminând, astfel, o potenţială economie cu forţa de muncă.

Mărirea vitezei de aşchiere are, de asemenea, un impact direct asupra duratei de viaţă a sculei. Vitezele de aşchiere prea mari accelerează uzura sculelor până la punctul în care este necesară schimbarea foarte deasă a sculei. Deoarece sculele se vor uza mai rapid, vor fi necesare mai multe scule pentru a obţine acelaşi număr de piese finite. Câştigurile teoretice cu costurile de fabricaţie sunt diminuate cu costurile sculelor şi cu cheltuielile cu timpii de imobilizare a maşinilorunelte în timpul schimbării sculelor.

Costurile cu imobilizarea maşinilor-unelte

Vitezele mai mari de aşchiere duc la creşterea costului cu sculele, dar, totodată, duc, în prima fază, la o scădere a costurilor cu maşinile-unelte. Deoarece maşina-unealtă va produce mai multe piese finite în aceeaşi unitate de timp, se va obţine un profit mai mare cu acelaşi cost fix cu maşina-unealtă.

Totuşi, după ce se depăşeşte un anumit nivel al vitezei de aşchiere, costurile de producţie vor avea o creştere accelerată. Durata de viaţă a sculei devine atât de mică încât reducerea costului cu maşina-unealtă are un efect mult mai mic decât creşterea costului cu sculele şi cu timpul de imo­bilizare a maşinii-unelte la schimbarea acestora. Mai mult de atât, vitezele de aşchiere extrem de mari şi parametrii foarte agresivi de prelucrare pot duce, în unele cazuri, la creşterea costului de întreţinere a maşinii-unelte sau la mărirea tim­pului de imobilizare a acesteia datorită apariţiei defecţiunilor neprevăzute.

Parametrii optimi

Aplicaţiile cu viteze mari de aşchiere pot îmbunătăţi rata producţiei, dar conduc la costuri mari cu sculele şi cu maşinile-unelte. În schimb, vitezele mici de aşchiere reduc costurile cu sculele şi costurile cu maşinile-unelte, dar produc­tivitatea scade simţitor.

O abordare echilibrată implică viteze de aşchiere moderate, compensate cu o mărire proporţională a vitezei de avans şi a adâncimii de aşchiere. Utilizând cea mai mare adâncime de aşchiere posibilă se reduce numărul de treceri şi, implicit, se micşorează timpul de prelucrare. Viteza de avans poate fi, de asemenea, mărită, dar trebuie ţinut cont de cerinţele de rugozitate ale suprafeţei piesei finite, deoarece o viteză de avans excesivă afectează negativ calitatea suprafeţei piesei. În unele cazuri, mărirea vitezei avansului şi a adâncimii de aşchiere, combinată cu micşorarea vitezei de aşchiere, poate mări rata de îndepărtare a materialului mai simplu decât în cazul în care se măreşte doar viteza de aşchiere.

Atunci când se găseşte o combinaţie stabilă şi fiabilă între viteza de avans şi adâncimea de aşchiere, viteza de aşchiere poate fi folosită pentru optimizarea finală a operaţiei de aşchiere. Obiectivul este obţinerea unei viteze de aşchiere superioare, care asigură o reducere a costului cu maşinile-unelte (mai multe piese finite în unitate de timp), fără mărirea excesivă a costului cu sculele (scule per piesă finită) datorită uzurii accelerate a sculei.

Un model de eficienţă

La începutul secolului 20, inginerul mecanic american F.W. Taylor dezvolta un model pentru determinarea duratei de viaţă a sculei. Acest model arată faptul că pentru o anumită combinaţie dintre adâncimea de aşchiere şi viteza de avans există o plajă a vitezei de aşchiere unde uzura sculei este sigură, previzibilă şi controlabilă. Atunci când se lucrează în această plajă este posibil să se cuantifice relaţia dintre viteza de aşchiere, uzura sculei şi durata de viaţă a sculei. Modelul reuneşte eficienţa costurilor şi productivitatea şi oferă o imagine clară a ceea ce trebuie vizat atunci când se caută obţinerea unei viteze de aşchiere optime pentru o anumită operaţie.

La viteze mici de aşchiere, suma costurilor cu sculele şi cu maşinile-unelte conduce la un maxim de economie în detrimentul productivităţii. Pe de altă parte, vitezele mari de aşchiere asigură un maxim de productivitate, dar economia costurilor are de suferit. Între viteza de aşchiere economică şi viteza de aşchiere care asigură un maxim de productivi­tate există viteza de aşchiere de înaltă eficienţă (HE – High-Efficiency).

Câteodată, problemele economice şi tehnologice coin-cid. De exemplu, duritatea mare şi slaba conductivitate termică a titanului obligă la utilizarea unor viteze mici de aşchiere, aceste viteze mici de aşchiere generează, la rândul lor, costuri mai mari de prelucrare. În acest caz, caracteristicile semifabricatului obligă la adoptarea unor parametri de aşchiere care oferă un echilibru între productivitate şi economie.

Stabilitatea procesului este crucială

Cheia menţinerii productivităţii şi a calităţii pieselor finite, precum şi evitarea deteriorării suprafeţei pieselor este instituirea unui proces de prelucrare stabil. O definiţie pragmatică a economiei globale de producţie este „Asigurarea unui maxim de securitate şi predictibili­tate a procesului, cu menţinerea celei mai ridicate productivităţi la cel mai scăzut cost de producţie”.

Instituirea unui proces stabil include şi crearea unui mediu optim de producţie. În plus faţă de alegerea materialului semifabricatului, acoperirea şi geometria sculei, care trebuie să corespundă tipului de material prelucrat şi operaţiei, trebuie luate în considerare şi optimizarea programului de prelucrare CAM, sistemul de management al sculelor şi sistemul de aplicare a lichidului de răcire. Manipularea automatizată, cum ar fi paletizarea sau sistemele de încărcare/descărcare robotizate, ar trebui să fie parte integrantă a acestui proces, deoarece manevrarea semifabricatelor şi a produselor finite sunt timpi morţi pentru maşina-unealtă.

Aspecte suplimentare

Dincolo de obiectivele pe termen lung referitoare la productivitate şi economie, industria prelucrătoare pune un accent tot mai mare pe preocurări relativ noi, cum ar fi problemele de mediu. O abordare echilibrată a economiei de producţie poate ajuta foarte bine la rezolvarea acestor probleme. La viteze mici de aşchiere este nevoie de mai puţină energie pentru a îndepărta materialul semifabricatului, iar o adâncime mică de aşchiere combinată cu o viteză mărită a avansului aduce o reducere suplimentară a consumului de energie. Vitezele mici de aşchiere măresc durata de viaţă a sculei, reducând, astfel, consumul de scule şi necesitatea de înlocuire sau de recondiţionare a sculei. Reducerea cantităţii de căldură generate la prelucrarea cu viteze mici de aşchiere permite utilizarea unei cantităţi mici de lichid de răcire sau chiar permite executarea unor operaţii uscate.

Concluzii

Adoptarea unor strategii globale de economie de producţie necesită efectuarea unei analize de ansamblu a procesului de prelucrare şi acceptarea unor metode de gândire care vin în contradicţie cu practicile tradiţionale de prelucrare prin aşchiere a metalelor. Realizarea unor concepte moderne poate îmbunătăţi reducerea costurilor şi calitatea pieselor finite şi permite realizarea unui mediu de lucru mai ecologic, în acelaşi timp cu menţinerea productivităţii în cadrul unui sistem global de producţie stabil şi fiabil.


Ion Țâmpu este Technical Representative, Seco Tools România



Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord