Вопросы эффективного использования режущего инструмента всегда были и есть в числе особо значимых для любого металлообрабатывающего производства. При использовании станков с ЧПУ значительную роль играет выбор режимов резания, о которых зависит производительность обработки. Обычно считается, что ограничивающим фактором при назначении режимов резания является стойкость инструмента. В теории резания обычно дается эмпирическая формула для ее определения. Но поскольку целью массового производства является достижение требуемой производительности, часто применяется интенсификация режимов резания. Стойкость инструмента при этом снижается, но эти дополнительные расходы компенсируются функционированием самого процесса производства. Согласно расчетам экономики, расходы на режущий инструмент занимают всего 5 – 7% в общем объеме затрат, но при этом выбор инструментальных решений и стратегий обработки оказывает огромное влияние на эффективность производства в целом и в конечном счете на итоговую прибыль компании.
Заинтересованная в повышении производительности труда компания обязана оптимизировать расходы на режущий инструмент и результаты, которые она получит, впечатлят возможностью повышения производительности как отдельного участка, так и всего производства в целом.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ
Сегодня в отечественном производстве используется широкий спектр инструментальных решений различных отечественных и иностранных компаний. На российском рынке в этом сегменте представлено более 80 производителей. Вся система продаж и внедрения инструмента этих компаний выстроена таким образом, чтобы максимально привязать заказчика к одному поставщику.
Для этого постоянно разрабатываются новые инструментальные решения, которые зачастую копируют продукты конкурентов, с добавлением своих не всегда доступных для понимания заказчика улучшений, которые вносят элементы хаоса в инструментальное хозяйство и усложняют производство.
Для примера: компании Iscar и Sandvik постоянно занимаются разработкой и улучшением инструмента для отрезки и обработки канавок, создавая схожие между собой решения.
Но, несмотря на схожесть решений разных поставщиков ситуация, с взаимозаменяемостью не улучшается, а только ухудшается, и при переходе с инструмента одного бренда на другой возникают серьезные проблемы с заменой инструмента и, соответственно, увеличивается время на запуск производства.
Многообразие брендов на данный момент настолько велико, что для того, чтобы объективно оценить все применяемые решения, необходимо огромное количество времени, обширные знания номенклатуры всех поставщиков, большой опыт работы с иностранными компаниями и высококвалифицированные кадры.
Специализированные компании и наша в том числе разрабатывает варианты оптимизации инструментальных решений различных иностранных компаний. Мы берем лучшее, что есть в предложениях производителей, и предлагаем нашим заказчикам, исходя из их запросов. Как правило, на начальном этапе это унифицированные решения для стандартной обработки простых деталей и материалов. На следующих этапах – это специализированные решения для сложных и труднообрабатываемых деталей.
Микро- и макромодели
Традиционный способ достижения максимальных результатов при резании металлов задействует узко-ориентированную микромодель, основанную на оптимизации 1:1 одного инструмента для одной операции. С другой стороны, макромодели подразумевают более широкий подход к производству. С точки зрения таких макромоделей или глобальных моделей общее время, необходимое для производства отдельно взятой заготовки, играет более важную роль.
Упрощенно глобальную оптимизацию можно показать на примере двух станков, применяемых поочередно для производства компонента. Нет смысла оптимизировать время резания и повышать производительную мощность станка A, если нельзя аналогичным образом усовершенствовать станок B. Повышение производительной мощности только приведет к увеличению расходов, так как наполовину обработанные заготовки потребуют дальнейшей обработки на втором станке. В этом случае гораздо лучше будет оптимизировать стоимость обработки на станке A. Это может ограничить производительность станка A, но при этом снизит общую стоимость при сохранении производительной мощности.
С другой стороны, если станок B простаивает, пока станок A выполняет обработку заготовок, повышение производительной мощности станка A приведет к повышению общей производительной мощности. Многое зависит от того, как организовано производство на предприятии: партиями, на производственной линии или параллельно. Универсального способа нет, но эти примеры демонстрируют необходимость более глобального подхода и доказывают, что оптимизацию по микромодели следует выполнять очень тщательно.
Более глобальный подход может быть необходим и для самих станков. Стандартная ситуация: предприятие использует фрезерный станок с полной загрузкой 40 часов в неделю и собирается заменить его на станок для высокоскоростной обработки. Однако после установки и запуска новый станок половину времени простаивает. Предприятию удается обеспечить загрузку нового станка и окупить вложенные в него средства. Более оптимальным решением было бы сначала проанализировать ситуацию и результат, который можно было получить благодаря более высокой производственной мощности нового станка.
Оптимизация: время резания или стоимость обработки
Оптимизация 1:1 распространяется на один режущий инструмент и одно применение и рассчитана на повышение скорости съема металла при самой низкой стоимости из возможных. Процесс подразумевает выбор инструмента, наиболее подходящего для обработки детали, и применение наибольшей возможной глубины резания и подачи. Разумеется, максимальные значения глубины резания и подачи ограничены мощностью и крутящим моментом станка, жесткостью фиксации заготовки и надежностью крепления инструмента.
Заключительным этапом оптимизации 1:1 является выбор нужного критерия (с учетом минимальной стоимости или максимальной производительности) и применение скорости резания, в точности обеспечивающей соблюдение этого критерия. Важно применять модель Тейлора для определения срока службы инструмента. Согласно этой модели, для заданной комбинации глубины резания и подачи существует определенный диапазон скоростей резания, в котором износ инструмента не превышает нормы и является предсказуемым и контролируемым. При работе в этом диапазоне можно анализировать и контролировать зависимость между скоростью резания, износом инструмента и сроком службы инструмента.
Сначала время обработки снижается, а производительность растет, при этом применяются повышенные скорости резания. Но в какой-то момент стоимость снова начинает расти. После превышения определенного значения скорости резания срок службы инструмента сокращается настолько, что режущую кромку приходится часто менять. В целом, снижение затрат по времени обработки дает менее значимый результат, чем быстро растущая стоимость инструмента. Существует такая скорость резания, при применении которой суммарное значение этих двух параметров сбалансировано и обеспечивает минимальную общую стоимость.
Чтобы обеспечить производительность, специалисты не должны уделять чрезмерное внимание мелочам, забывая об анализе общей картины, а именно о времени, необходимом для обработки заготовки, с учетом всех этапов обработки.
Качество и производительность: достаточно, но не избыточно
Современные требования к уровню качества деталей существенно возросли. Однако иногда требования к качеству бывают завышены. Высокое качество — это преимущество, но чрезмерно высокое качество — это неоправданные затраты. Ситуацию может проиллюстрировать простой теоретический вопрос: «Как изготовить деталь самого низкого уровня качества из возможных, чтобы она при этом была приемлема с точки зрения функциональности?» Можно существенно сократить стоимость и повысить производительность всего лишь при соблюдении минимальных требований.
Аналогичным образом, стремление к максимальной производительности при сокращенном времени цикла может отрицательно сказаться на надежности обработки. Когда процесс постоянно выполняется на пределе возможностей или с превышением этого предела, это приводит к отбраковке деталей и затратам вследствие брака, включая временные затраты.
Качество, операционное время и стоимость
Производительность определяют три фактора: качество, операционное время и стоимость. Необходимо также учитывать факторы, связанные с окружающей средой: расход энергии и утилизацию или переработку изношенного инструмента и отходов процесса обработки, а также факторы безопасности, связанные с охраной здоровья сотрудников.
Многие отдельно взятые технические факторы влияют на производительность. Как правило, при резании металлов всего один из 50–70 факторов будет иметь существенное влияние на производительность. К типичным факторам относятся инструменты/системы инструментов, конфигурация и материал заготовки, характеристики оборудования, человеческий фактор, вспомогательное оборудование и особенности технического обслуживания.
Одним из наиболее важных факторов является результат взаимодействия инструмента и заготовки. Прогнозирование износа инструмента и повреждений важно для контроля обработки. Проблемы, связанные с износом, как правило, предсказуемы и возникают постепенно; другие повреждения, например, поломка инструмента, не всегда можно спрогнозировать, чтобы обеспечить надежность обработки.
Универсальные инструменты
Для оптимального сочетания производительности, надежности и стоимости необходимы инструменты, обеспечивающие универсальность в широком диапазоне применения. Применение универсальных инструментов (см. ниже «Отзывы производителей инструментов») также является решением для производства партий деталей небольших размеров. Эта четко обозначившаяся тенденция объясняется растущей популярностью стратегии производства «точно в срок» и привлечения сторонних ресурсов.
Субподрядчикам приходится иметь дело с партиями небольшого размера, которые необходимо производить регулярно, но не постоянно. В прошлом устройства автоматической смены инструмента помогали сократить время простоев по замене, а устройства смены палет позволяли уменьшить простои по манипуляциям с заготовками. Универсальные инструменты могут сократить простои, так как они минимизируют время, необходимое для установки нового инструмента во время замены заготовки, и исключают необходимость устанавливать и испытывать новый инструмент. Уменьшение количества используемых на производстве инструментов сокращает время, требуемое для операций с инструментами, и увеличивает время, в течение которого можно выполнять обработку.
Традиционно при выборе инструмента принято исходить из его применения: например, подбирать инструмент для обработки сталей или нержавеющих сталей, для черновой или фрезерной обработки. Важнее выбора инструмента для определенной операции то, как эта операция вписывается в общую картину. Выбор следует делать в зависимости от желаемой производительности, эффективности затрат или надежности, и того, что лучше всего вписывается в общую картину производственного процесса.
Простые решения
Общий подход к оптимизации процесса необязательно будет трудоемким; он может включать обычные, простые действия и анализ. Основной пример — анализ использованных инструментов. Правильная оценка возможностей инструментов позволит получить общую картину того, как происходит производственный процесс. Например, если при производстве используются пластины с режущими кромками 12 мм, а износ инструмента составляет всего 2–2,5 мм, скорее всего, при производстве используются пластины слишком большого размера. В этом случае достаточно будет использовать инструменты с режущими кромками размером 6 мм, а такой инструмент значительно дешевле, чем инструмент с режущими кромками длиной 10 мм. Этот простой вывод может снизить затраты на инструмент на 50 процентов без ущерба для производительности.
ПРОГРАММА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
Обычно предлагаются комплексные решения по оптимизации технологических процессов обработки деталей, включающие как точечные улучшения существующих технологий (замена инструмента, перерасчет режимов резания и стратегий обработки на отдельных деталях или операциях), так и полный пересмотр концепции производства (замена металлорежущего оборудования, применяемого инструмента), в том числе создание с нуля принципиального нового производства, оснащенного металлорежущим оборудованием и инструментом отечественного производства.
Каким образом это выглядит на практике?
Самый легкий путь для нас, но достаточно непростая задача для предприятия, – это замена существующих пластин массового потребления, например, пластины CNMG на аналог, который демонстрирует в ходе работы более высокую стойкость. Эту работу возможно провести в течение одной – двух недель, она не требует изменений и корректировки существующих технологических процессов. Тем самым мы сокращаем затраты на расходную составляющую режущего инструмента. За последние несколько лет в изготовлении пластин из твердого сплава произошли серьезные изменения, и теперь пластины, произведенные в России, по показателю стойкости вполне сопоставимы с иностранными аналогами. При всем при том замена пластин требует большой квалификации и знания всего многообразия режущего инструмента у поставщиков. Провести такую работу технологам предприятий самостоятельно бывает достаточно сложно.
В ходе аудита на предприятиях-заказчиках мы нередко сталкиваемся с примерами неэффективного использования инструмента на производстве. Например, в одном из цехов мы увидели, что на черновых операциях используется фреза диаметром 20 мм, тогда как при обработке данного элемента детали целесообразно использовать инструмент с пластинами. Мы предложили нашему заказчику решение, внедрили его на производство и сделали расчет экономической эффективности. Результат: только на одном этом переходе расходы на режущий инструмент сократились более чем на 1000 евро. А ведь переходов на детали может быть десятки, а то и сотни, и если провести такую работу по всему участку, цеху, можно достичь значительного сокращения расходов.
ОБ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Еще одно важнейшее направление оптимизации – работа непосредственно с оптимизацией технологических процессов. Рассмотрим это на примере, реализованном на одном из предприятий.
Цель: сократить время обработки детали на 40%, используя трохоидальное фрезерование
Трохоидальное фрезерование – эффективный способ обработки пазов, альтернативный стандартному методу построчной фрезеровки пазов. В этом типе фрезерования концевая монолитная фреза используется для получения паза с помощью кругового движения.
В результате, используя данный вид фрезерования, мы сократили время обработки всей детали на 40%. Цель достигнута.
Таких примеров в настоящее время на предприятиях нашей страны великое множество. И мы очень рады, что все больше руководителей предприятий, прежде чем инвестировать средства в новое оборудование, обращаются к нам и совместными усилиями мы получаем результаты, ощутимые во всем производственном процессе.
На сегодня можно с уверенностью сказать, что за счет эффективного использования режущего инструмента в производственном процессе можно добиваться увеличения производительности производства минимум на 20%, а максимум – даже в разы.
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
