Wie Blechbearbeitungsbetriebe beim Laserschneiden Gewinne erzielen können

Apr 05, 2023

Allein die Angebotserstellung auf der Grundlage der Laserschneidezeit kann zu Produktionsaufträgen führen – es kann sich aber auch um Aufträge handeln, bei denen Geld verloren geht, insbesondere wenn die Margen für Blechverarbeiter gering sind.

Auf der Angebotsseite des Werkzeugmaschinengeschäfts sprechen wir tendenziell von der Maschinenleistung. Wie hoch ist die Schnittgeschwindigkeit für 1/2-Zoll-Stahl mit Stickstoff? Wie lang ist das Piercing? Beschleunigungsrate? Lassen Sie uns eine Zeitstudie durchführen, um zu sehen, wie die Laufzeit aussieht! Obwohl dies alles vollkommen gute Ausgangspunkte sind, sind es wirklich die Variablen, die wir abwägen müssen, wenn wir über die Erfolgsformel nachdenken?

Die Laufzeit ist die Grundlage, auf der ein gutes Lasergeschäft aufbaut, aber wir müssen uns mehr ansehen als nur, wie lange es dauert, einen Auftrag zu streichen. Zitate nur auf der Grundlage der Schnittzeit zu zitieren, kann einem das Herz brechen, insbesondere wenn die Margen gering sind.

Um potenzielle versteckte Kosten beim Laserschneiden zu ermitteln, müssen wir die Arbeitsauslastung, die Maschinenverfügbarkeit, die Konsistenz der Laufzeit und der Teilequalität, mögliche Nacharbeiten und die Materialnutzung untersuchen. Im Großen und Ganzen lassen sich die Teilekosten in drei Kategorien einteilen: Ausrüstung, Arbeitskosten (z. B. das gekaufte Material oder das verwendete Hilfsgas) und Arbeitskosten. Von dort aus können die Kosten viel detaillierter aufgeschlüsselt werden (siehe Abbildung 1).

Wenn wir die Kosten eines Auftrags oder die Kosten pro Teil berechnen, stellen alle Elemente in Abbildung 1 einen Teil des Gesamtwerts dar. Etwas unklar wird es, wenn wir in einer Spalte auf Kosten eingehen, ohne die Auswirkungen auf die Kosten in einer anderen Spalte vollständig zu berücksichtigen.

Die Idee, den Materialverbrauch zu maximieren, mag für niemanden eine Offenbarung sein, aber wir müssen ihren Nutzen gegen andere Überlegungen abwägen. Bei der Berechnung der Kosten eines Teils stellen wir fest, dass in den meisten Fällen das Material den größten Teil des Kuchens ausmacht.

Um das Beste aus dem Material herauszuholen, können wir Strategien wie das Common-Line-Cutting (CLC) implementieren. CLC spart Material und Schnittzeit, da mit einem Schnitt gleichzeitig zwei Teilekanten entstehen. Diese Technik weist jedoch einige Einschränkungen auf. Es ist sehr geometrieabhängig. Kleine Teile, die zum Umkippen neigen, müssen ohnehin zusammengefügt werden, um den Prozess stabil zu halten, und jemand muss diese Teile auseinandernehmen und vielleicht entgraten. Dies verursacht zusätzlichen Zeit- und Arbeitsaufwand, der nicht kostenlos ist.

Die Teiletrennung kann bei dickerem Material besonders mühsam sein, und hier hilft die Laserschneidtechnologie dabei, „Nano“-Laschen auf mehr als der Hälfte der Schnittdicke zu erzeugen. Ihre Erstellung hat keinen Einfluss auf die Laufzeit, da der Balken in der Schnittfuge verbleibt; Es ist nicht erforderlich, das Material erneut einzugeben, nachdem die Registerkarte erstellt wurde (siehe Abbildung 2). Eine solche Technologie ist nur auf bestimmten Maschinen verfügbar. Dies ist jedoch nur ein Beispiel dafür, dass es bei einigen der neuesten Fortschritte nicht mehr nur um die Reduzierung der Geschwindigkeit geht.

Auch hier ist CLC sehr geometrieabhängig, daher zielen wir in den meisten Fällen darauf ab, die Bahnbreiten in einer Verschachtelung zu verringern, anstatt sie ganz verschwinden zu lassen. Das Netz wird schmaler. Großartig, aber was ist, wenn Teile umkippen und eine Kollision verursachen? Werkzeugmaschinenhersteller bieten verschiedene Lösungen an, aber ein Ansatz, der allen zur Verfügung steht, ist ein erhöhter Düsenversatz.

Der Trend der letzten Jahre geht dahin, den Abstand von der Düse zum Werkstück zu verringern. Der Grund dafür ist einfach: Faserlaser sind schnell und große Faserlaser sind wirklich schnell. Die beeindruckende Leistungssteigerung erfordert eine parallele Erhöhung der Stickstoffdurchflüsse. Ein leistungsstarker Faserlaser verdampft und schmilzt Metall innerhalb der Schnittfuge viel schneller, als es ein CO2-Laser jemals könnte.

Anstatt die Maschine zu verlangsamen, was kontraproduktiv wäre, stellen wir die Düse im Verhältnis zum Werkstück ein. Dies erhöht den Hilfsgasfluss durch die Schnittfuge, ohne den Druck zu erhöhen. Klingt nach einem Gewinner, außer dass sich der Laser immer noch furchtbar schnell bewegt und Kippbewegungen ein größeres Problem darstellen.

ABBILDUNG 1. Drei Schlüsselbereiche wirken sich auf die Kosten pro Teil aus: Ausrüstung, Arbeitskosten (einschließlich verwendeter Materialien und Hilfsgase) und Arbeit. Alle drei werden für einen Teil des Gesamtwerts verantwortlich sein.

Wenn es dem Programm besonders schwerfällt, Teile hochzukippen, ist es sinnvoll, eine Schneidtechnik mit einem höheren Düsenversatz zu wählen. Ob diese Strategie sinnvoll ist, hängt von der Anwendung ab. Wir müssen die Anforderungen an die Programmstabilität gegen den erhöhten Hilfsgasverbrauch abwägen, der mit einem höheren Düsenversatz einhergeht.

Eine weitere Möglichkeit, das Kippen von Teilen zu verhindern, ist die Integration von Slug-Destructs, die manuell oder automatisch mit Software erstellt werden. Auch hier müssen wir eine Wahl treffen. Slug-Destruct-Operationen erhöhen die Prozesszuverlässigkeit, erhöhen aber auch die Kosten für Verbrauchsmaterialien und verlangsamen das Programm.

Der logischste Weg, um zu entscheiden, ob Slug-Destructs verwendet werden sollen, besteht darin, die Wahrscheinlichkeit zu berücksichtigen, dass ein Teil umkippt. Wenn es wahrscheinlich ist und wir uns nicht sicher vor einer möglichen Kollision schützen können, haben wir mehrere Möglichkeiten. Wir könnten Teile mit Mikrolaschen sichern oder die Kugel abschneiden und sie sicher aus dem Weg fallen lassen.

Wenn es sich bei der Problemkontur um das gesamte Teil selbst handelt, haben wir wirklich keine Alternative – wir müssen es markieren. Wenn eine Innenkontur Probleme verursacht, müssen wir den Zeit- und Kostenaufwand für das Tabbbing mit der Zerstörung des Rohlings vergleichen.

Jetzt stellt sich die Frage nach den Kosten. Wird es durch das Hinzufügen eines Mikrotabs schwieriger, das Teil oder die Schnecke aus dem Nest zu ziehen? Wenn wir eine Kugelzerstörung durchführen, erhöhen wir die Laserlaufzeit. Ist es günstiger, zusätzliche Arbeitskräfte für die Teiletrennung aufzuwenden, oder ist es günstiger, die Laufzeit zum Stundensatz der Maschine zu erhöhen? Angesichts des höheren Stundensatzes der Maschine wird es wahrscheinlich darauf ankommen, wie viele Schnecken genau in kleine, sichere Stücke geschnitten werden müssen.

Der Arbeitsaufwand trägt maßgeblich zu den Kosten bei und es ist wichtig, ihn zu managen, wenn man versucht, mit Märkten mit niedrigen Arbeitskosten zu konkurrieren. Beim Laserschneiden fallen Arbeitskräfte an, die mit der anfänglichen Programmierung verbunden sind (obwohl die Kosten bei späteren Nachbestellungen sinken), sowie der Arbeitsaufwand, der mit der Maschinenbedienung verbunden ist. Je automatisierter eine Maschine ist, desto geringer ist der Anteil des Stundensatzes eines Laserbedieners, den wir für den Auftrag einsetzen können.

„Automatisierung“ beim Laserschneiden bezieht sich oft auf Materialhandhabung und -sortierung, aber es gibt noch mehr Arten der Automatisierung, die in einen modernen Laser einfließen. Heutige Maschinen verfügen über einen automatischen Düsenwechsel, eine aktive Schnittqualitätsüberwachung und eine Vorschubsteuerung. Sie sind eine Investition, aber die daraus resultierenden Arbeitseinsparungen können die Kosten rechtfertigen.

Der Stundensatz einer Lasermaschine hängt vom Durchsatz ab. Stellen Sie sich eine Maschine vor, die in einer Schicht produziert, was früher in zwei Schichten produziert wurde. In diesem Fall kann der Wechsel von zwei Schichten zu einer Schicht den Stundensatz der Maschine verdoppeln. Wenn jede Maschine mehr produziert, reduzieren wir die Anzahl der Maschinen, die für die gleiche Arbeitsmenge erforderlich sind. Wenn wir die Anzahl der Laser halbieren, halbieren wir auch unsere Arbeitskosten.

Diese Einsparungen gehen natürlich verloren, wenn unsere Ausrüstung nicht zuverlässig ist. Verschiedene Verarbeitungstechnologien tragen dazu bei, die Betriebszeit des Laserschneidens aufrechtzuerhalten, darunter die Überwachung des Maschinenstatus, automatische Düseninspektionen und Streulichtsensoren, die Verunreinigungen auf dem Schutzglas eines Schneidkopfs erkennen. Heute können wir die Intelligenz moderner Maschinenschnittstellen nutzen, um anzuzeigen, wie viel Zeit uns noch bis zum nächsten Service bleibt.

All diese Funktionen tragen dazu bei, bestimmte Aspekte der Maschinenwartung zu automatisieren. Unabhängig davon, ob wir eine Maschine mit diesen Funktionen haben oder die Ausrüstung auf die altmodische Art und Weise (mit Ellenbogenfett und einer positiven Einstellung) warten, müssen wir sicherstellen, dass Wartungsaufgaben gut und rechtzeitig erledigt werden.

ABBILDUNG 2. Fortschritte beim Laserschneiden konzentrieren sich weiterhin auf das Gesamtbild und nicht nur auf die Schnittgeschwindigkeit. Beispielsweise erleichtert diese Nano-Tabbing-Methode – das Zusammenfügen zweier entlang einer gemeinsamen Linie geschnittener Werkstücke – die Trennung dickerer Teile.

Der Grund dafür ist einfach: Die Maschine muss in einem optimalen Betriebszustand sein, um eine hohe Gesamtanlageneffektivität (OEE) aufrechtzuerhalten: Verfügbarkeit × Leistung × Qualität. Oder wie die Website oee.com es beschreibt: „[OEE] gibt den Prozentsatz der Fertigungszeit an, der wirklich produktiv ist. Ein OEE-Wert von 100 % bedeutet 100 % Qualität (nur gute Teile), 100 % Leistung (so schnell wie möglich). ) und 100 % Verfügbarkeit (keine Stoppzeit).“ In den meisten Fällen ist es nicht möglich, eine OEE von 100 % zu erreichen. Der Industriestandard liegt eher bei 60 %, obwohl ein typischer OEE von der Anwendung, der Anzahl der Maschinen und der Komplexität des Betriebs abhängt. Unabhängig davon ist OEE-Perfektion ein erstrebenswertes Ideal.

Stellen Sie sich vor, wir erhalten eine Angebotsanfrage (RFQ) für 25.000 Teile von einem großen, namhaften Kunden. Die Sicherung dieser Arbeit könnte einen großen Einfluss auf das zukünftige Wachstum unseres Unternehmens haben. Wir geben also ein Angebot von 100.000 US-Dollar an, und der Kunde akzeptiert. Das sind die guten Nachrichten. Die schlechte Nachricht ist, dass unsere Margen hauchdünn sind. Aus diesem Grund müssen wir sicherstellen, dass unsere OEE so hoch wie möglich ist. Um Geld zu verdienen, müssen wir alles tun, um die blauen Bereiche in Abbildung 3 zu vergrößern und die orangefarbenen zu reduzieren.

Wenn Sie mit geringen Margen arbeiten, kann alles Unerwartete den Gewinn schmälern oder sogar zunichtemachen. Ruiniert eine schlechte Programmierung meine Düsen? Verunreinigen schlechte Schnittregeln mein Schutzglas? Ich habe unerwartete Ausfallzeiten und muss die Produktion durch eine reaktive Wartung unterbrechen – welche Auswirkungen wird das auf die Produktion haben?

Eine schlechte Programmierung oder Wartung kann dazu führen, dass die von uns erwartete Vorschubgeschwindigkeit – und anhand derer ich meine Gesamtlaufzeit berechnet habe – möglicherweise geringer ausfällt. Dies senkt unsere OEE und verlängert die Gesamtproduktionszeit – auch ohne, dass der Bediener die Produktion unterbricht, um mit den Maschinenparametern herumzuspielen. Verabschieden Sie sich von der Maschinenverfügbarkeit.

Werden die von uns produzierten Teile auch tatsächlich an den Kunden geliefert oder landen einige Teile im Mülleimer? Ein niedriger Qualitätswert in der OEE-Berechnung kann wirklich schaden.

Die Produktionskosten für das Laserschneiden sind viel detaillierter als die bloße Berechnung der reinen Laserzeit. Moderne Werkzeugmaschinen bieten eine Vielzahl von Optionen, die Herstellern dabei helfen, das hohe Maß an Transparenz zu erreichen, das sie benötigen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Um profitabel zu bleiben, müssen wir lediglich alle versteckten Kosten für alles kennen und verstehen, wofür wir bezahlen, wenn wir ein Widget verkaufen.

ABBILDUNG 3. Besonders wenn wir mit hauchdünnen Rändern arbeiten, müssen wir das Orange minimieren und das Blau maximieren.