Témata

Další krok: propojení technologie obrábění kovů s ekonomikou výroby (3. část)

Výrobní náklady jsou součtem nákladů na nástroje a strojních nákladů. Se zvyšující se řeznou rychlostí se výrobní náklady snižují, avšak od jistého bodu se opět začnou zvyšovat. Od určité řezné rychlosti je životnost nástroje velmi krátká, tudíž břitová destička musí být často vyměňována. Snížení strojních nákladů má zde z celkového hlediska menší význam než rychle rostoucí náklady na nástroje. Někdy lze zvolit řeznou rychlost tak, že celkové náklady jsou minimální. Takovou řeznou rychlost nazýváme ekonomickou a s ní spojená životnost nástroje je taktéž ekonomická.

Tento článek je součástí seriálu:
Příručka pro technology
Díly

Stejným způsobem lze přistupovat i k produktivitě. Při zvýšení řezné rychlosti dochází ke zvýšení úběru materiálu a tím i zvýšení produktivity. Při určité řezné rychlosti se to však obrátí. Životnost nástroje se stává méně důležitou, když je čas získaný rychlejším obráběním kratší než časové ztráty vzniklé při výměně opotřebovaných nástrojů. Tuto vyrovnávací řeznou rychlost nazýváme řeznou rychlostí pro maximální produkci a související životnost nástroje nazýváme životností pro maximální produkci.

Ekonomika výroby – náklady

Spojením obou hledisek – nákladové efektivity a produktivity – získáme jasnou představu o tom, na co se zaměřit při volbě té správné řezné rychlosti. V případě, že zvolená řezná rychlost leží v blízkosti jak ekonomické řezné rychlosti, tak i řezné rychlosti pro maximální výrobu, nazýváme tuto zvolenou rychlost vysoce efektivní řeznou rychlostí.

Porozumění principů popsaných v tomto článku pomůže čtenáři najít nejvhodnější kombinaci řezných podmínek pro danou aplikaci. Jde o optimalizaci 1 : 1, což znamená jednu aplikaci a jeden řezný nástroj. Bez velkých počtů tento přístup umožňuje lépe pochopit vliv změny výrobních podmínek na náklady a čas obrábění.

Povšimněte si následujícího:

- Pokud rostou náklady na obráběcí stroj (je využíván nákladnější stroj), náklady na obrábění rostou také. To lze částečně kompenzovat zvýšením řezné rychlosti.
- Pokud rostou náklady na nástroje (jsou používány dražší nástroje), náklady na obrábění rostou také. To lze částečně kompenzovat snížením řezné rychlosti.
- Je-li pro seřízení stroje i nástroje potřebný delší čas, pokud je série menší či je potřeba odebrat z obrobku více materiálu, náklady na obrábění rostou. Toto však bohužel nelze vykompenzovat změnou řezné rychlosti (lze ale přizpůsobit hloubku řezu a posuvy).
- V případě, že materiál je obtížně obrobitelný, náklady na obrábění vzrůstají a lze pozorovat, že se zóna vysoce efektivního obrábění zmenšuje. To lze kompenzovat nižší, vhodně zvolenou řeznou rychlostí.
- A nakonec lze pozorovat, že při zvyšující se hloubce řezu a/nebo posuvu dochází ke snížení nákladů a další jemná optimalizace je možná snížením řezné rychlosti.

To vše nás vede k jasnému závěru, že u uvedených případů je vždy výhodné pracovat s hloubkou řezu a posuvem, které jsou nastaveny na co možná nejvyšší hodnoty. To je již zmíněno v úvodu jako první kroky optimalizační metody 1:1.

Podmínky vyšší produktivity

K dosažení vyšší produktivity jsou nutné vysoce výkonné nástroje a optimalizované řezné podmínky. Pokud je cílem efektivnost nákladů, nástroje musejí být vybrány na základě nízkých nákladů na řeznou hranu, čemuž musí odpovídat i volba řezných podmínek. Pokud je prioritou kvalita obrobku, nástroje pro přesné obrábění jsou tím správným přístupem. Ať už je cíl jakýkoliv, každý přístup vyžaduje specifické nástroje. Tím se ale také zvyšuje riziko, že se úzce zaměříme na výsledek.

V úsilí o dosažení produktivity musíme dát pozor na to, abychom nevěnovali příliš mnoho pozornosti detailům (jednotlivým operacím), ale dostatečně zhodnotili celkovou situaci – především celkový čas k výrobě obrobku. Je 10 sekund získaných v obráběcím čase použitím extra nástroje opravdu přínosem k celkovému výsledku, když při seřízení a výměně nástroje dojde k desetiminutové časové ztrátě? Při maximalizaci efektivity nákladů by přílišná pozornost věnovaná pouhým nákladům na nástroje (pořizovací náklady, čisté náklady na obrábění) mohla vést ke zvýšení výrobních nákladů (včetně všech nákladů na výrobní nástroje, náklady na stroj nevyjímaje).

Se snížením řezné rychlosti roste životnost nástroje, zároveň se však zvyšuje i řezný čas. To by mohlo negativně ovlivnit poměr vytížení nástroje (kolik operací je realizováno kolika řeznými hranami v jakém čase). Co se týče nákladů, je mnohem přínosnější zaměřit se na poměr využití nástroje než pouze na jeho životnost počítanou v minutách.

Mikro- a makroekonomická optimalizace obrábění

Kromě toho, příliš vysoké nároky na kvalitu obrobku (a technici se stále snaží docílit té nejlepší) vždy představují velký tlak na náklady a výrobní časy. Mohli bychom se ptát: „Jak dlouho by trvalo a kolik by stálo vyrobit ten nejhorší možný obrobek, který by byl stále ještě z hlediska funkčnosti přijatelný?“ Takovým přístupem bychom v důsledku mohli zvýšit produktivitu a snížit náklady.

Univerzální přístup

Bylo by samozřejmě výhodné sloučit obojí: kdyby bylo možné produktivní a nákladově efektivní nástroj (optimalizace 1:1) využít v celé řadě různých aplikací (univerzální přístup). Příkladem takového nástrojového systému je řada fréz Turbo. Tyto nástroje nabízejí všestrannost a flexibilitu v širokém spektru aplikací v kombinaci s efektivností nákladů a vysokým výkonem. Vzhledem k technickým vlastnostem těchto fréz je bezproblémová výroba s vysokou kvalitou hotových výrobků snadno dosažitelná. Pozitivní řezná geometrie snižuje spotřebu energie a vede k delší životnosti nástrojů, dále také umožňuje zvýšené hloubky řezu a posuvy. Tímto způsobem snadno zrealizujeme první kroky uvedeného optimalizačního procesu (obrábění vysokými hloubkami řezu a posuvu).

Každá situace ve výrobě je odlišná a zasluhuje si to nejvhodnější řešení. Nejlogičtější začátek každé optimalizační strategie je makroekonomický pohled na proces. Tím docílíme požadované zcela optimalizované organizace výroby. Pro uplatnění tohoto přístupu jsou nutné dobře zvolené nástroje, které nabízí univerzální a flexibilní použití pro široké spektrum aplikací. Ve výrobním procesu následně použijeme menší počet různých univerzálních nástrojů (v modelu prezentováno jako univerzální přístup). Přímé výhody jsou jednodušší objednávání a řízení skladových zásob, méně různých nástrojů na dílně, méně prostojů (kratší časy na seřízení stroje, výměnu nástrojů a najíždění výroby), méně problémů v důsledku špatného používání nástrojů… Pokud je tento přístup aplikován zkušenými operátory a programátory obráběcích strojů, kteří jsou schopni zvolit správné řezné podmínky pro nástroje v různých aplikacích, je velmi snadné tuto optimalizační metodu zrealizovat v praxi. Zkušený a erudovaný operátor zajistí, aby každý nástroj správně pracoval. V opačném případě ani nejvýkonnější nástroj nebude pracovat dobře, pokud bude v rukou méně kompetentní obsluhy stroje.

Praktický optimalizační model pro efektivitu procesu

Po realizaci tohoto přístupu je možné nechat otevřené možnosti pro další podrobnější optimalizaci (mikroekonomickou). První volbou je CET – řešení vhodné pro velkosériovou výrobu. Speciálně vyrobené nástroje pro specifické aplikace zajistí, že v obráběcím procesu použijete menší množství nástrojů, a nabízí možnosti pro optimalizační strategii 1:1. Nevýhodou takového řešení je delší najíždění dílce před uvolněním do výroby, což je náročnější na investovaný čas a úsilí. Druhou volbou mohou být standardní nástroje, kde optimalizační strategie 1:1 přispívá k dosažení cíle, kterým je již uvedená zcela optimalizovaná výroba. Je však třeba oba přístupy velmi pečlivě zvážit. Riziko obou těchto voleb je, že celkové zvýšení produktivity a efektivity nákladů je směřováno k individuálním výsledkům. A riziko se ještě může zvýšit, pokud lidé, nemajíce přehled o celkovém výrobním procesu, přijímají rozhodnutí na základě příliš úzkého pohledu na jednotlivé operace.

Přístup užší volby

Myšlenka přizpůsobit celkovou výrobní kapacitu je poměrně nedávný koncept. Se zavedením numericky řízených strojů s automatickými systémy pro výměnu nástrojů došlo k dramatickému snížení časů potřebných pro výměnu nástroje a seřízení stroje. Roboty k manipulaci s obrobkem a systém automatického upnutí obrobku minimalizovaly manipulační časy. Avšak od té doby se odborníci na proces obrábění z nějakého důvodu soustředí pouze na optimalizaci času nástroje v záběru (doba v řezu). Zdá se, že optimalizace správy nástrojů a čas pro řešení problému jsou zcela přehlíženy, a to zejména v situacích s mnoha různými aplikacemi. Pokud se tedy zaměříme na optimalizaci detailní operace, často je to více ke škodě než k užitku. Společnost Seco tento problém identifikovala už na počátku devadesátých let a reagovala zavedením přístupu „užší volby“ (selection) (potvrzující, že ne každý nástroj je vhodný pro každou aplikaci). Omezením množství různých nástrojů v provozu a používáním univerzálních a flexibilních nástrojů je možné minimalizovat manipulační časy a časy nutné pro řešení problému. Výsledkem jsou velké zisky v produktivitě i nákladové efektivitě. Jakmile je tento „normalizační krok“ uveden v praxi, je možné pokračovat optimalizační strategií 1:1. Tento celkový přístup nejprve maximalizuje využitelný výrobní čas (minimalizací manipulačního času s obrobkem, času pro výměnu nástroje a seřízení, najíždění výroby, …). Následně lze získaný volný výrobní čas optimalizovat podle strategie 1:1 za účelem dalšího zvyšování produktivity nebo nákladové efektivity.

Tento článek popisuje první kroky pro realizaci zcela optimalizovaného procesu obrábění. Před zhodnocením každého jednotlivého optimalizačního kroku podle strategie 1:1 se ujistěte, že celková produktivita a efektivita nákladů je v rovnováze. Při hodnocení produktivity a nákladů je zřejmé, že náklady a časové ztráty z důvodu neproduktivní činnosti (manipulace s obrobkem, seřízení stroje, výměna a nastavení nástroje, …) jsou značné, přičemž zavedení standardizovaných, univerzálních a snadno použitelných nástrojů nabízí mnoho výhod. Jakmile tuto skutečnost přijmeme, můžeme pečlivým výzkumem docílit dalšího zdokonalení výrobního procesu díky přínosu optimalizační strategie 1:1.

Podrobný popis principů uvedených v tomto článku lze nalézt v knize „Obrábění kovů, teorie a modely“ (Metal cutting, theories and models) od prof. Stahla z Univerzity v Lundu ve Švédsku a v knize „Obrábění kovů, teorie v praxi“ (Metal cutting, theories in practice) publikované spol. Seco. Podrobné informace k této problematice lze získat také v rámci vzdělávacího programu STEP (Seco Technical Educational Programm).

Patrick De Vos
Seco Tools AB

www.secotools.com/cz

Vydání #7,8
Kód článku: 140739
Datum: 25. 06. 2014
Rubrika: Výroba / Obrábění
Autor:
Seriál
Související články
MM Podcast: Každé vítězství má svůj příběh

Olga Girstlová byla v 90. letech nepřehlédnutelnou součástí vznikajícího podnikatelského prostředí tehdejšího Československa. Společně se svým otcem a manželem založili v květnu 1990 společnost GiTy. Vsadili na komoditu s obrovským potenciálem technologického růstu. Po 15 letech manželé Girstlovi však dospěli k rozhodnutí společnost prodat a dále se věnovat jiným komoditám, jako například ekologickému stavitelství. 

CIMT 2021 plně prezenční

Zatímco je celý svět paralyzovaný restrikcemi proti šíření koronaviru covid-19, v Pekingu byl dnes zahájený veletrh obráběcích a tvářecích strojů China International Machine Tool Show CIMT 2021 v plné prezenční formě a téměř shodného rozsahu, jako ročníky předešlé. Ve stejný den a po celý týden, jako Hannover Messe Digital Edition – průmyslový veletrh v plně digitální platformě.

Hannover Messe 2021

Inovace, vytváření sítí a sdílení zkušeností ve věku průmyslové transformace – to jsou klíčová motta, která představují letošní ročník digitálního Hannover Messe, na kterém více než 1 800 vystavovatelů představí svá řešení pro výrobu a energetické systémy budoucnosti. Od umělé inteligence po robotiku, od ochrany klimatu po vodík. Nejdůležitější světový průmyslový veletrh plní svoji roli jako inovační a síťová platforma a vytváří uprostřed koronové pandemie globální platformu pro výměnu zkušeností v době průmyslové transformace.

Související články
MM Podcast: Glosa - God Save the Queen

V naivní představě ekonomického perpetuum mobile zaměstnáváme v poměru k reálné ekonomice nejvyšší počet lidí ve státní a veřejné správě v rámci nejrozvinutějších zemí OECD. Rakovinotvorný rozbujelý a nevýkonný úřednický aparát, vědomě bojkotující vznik e-státu, dokonale paralyzuje správu věcí veřejných. A jeho solidarita s aktuálně zdecimovaným privátním sektorem? Home office na 100 % mzdy, její valorizace, statisícové odměny na MF za ušetřené miliardy (…). 

Související články
V hlavní roli strojař

Fakulta strojní VŠB-TUO se pro letošní rok v rámci náborové kampaně vrací k úspěšné sérii V hlavní roli strojař. Kampaň komunikuje myšlenku, že strojaři jsou hvězdy hrající hlavní roli v moderním světě. Jejím cílem je zlepšit vnímání oboru strojírenství, posílit brand fakulty, a samozřejmě také nalákat uchazeče ke studiu strojařiny.

Chytrá kombinace systémů

Vývoj obráběcích technologií v minulém století nabral na obrátkách. Dnes jsme tuto technologii dotáhli téměř k dokonalosti – jsme schopni vyrobit předměty libovolných tvarů v přesnostech na tisíciny milimetru. Dalo by se říct, že pro zlepšení zde už příliš prostoru nezbývá, přesto nás přední výrobci obráběcích strojů a nástrojů pravidelně přesvědčují o opaku. Progresivní a inovativní přístup společnosti Ceratizit je toho jen dalším důkazem. Nedávno na trh uvedla přesnou vyvrtávací hlavu Komflex z produktové řady Komet, která umožňuje automatickou korekci průměru v případě vyvrtávání přesných otvorů. Jak to nástroj dokáže, upřesňuje v následujícím rozhovoru technický ředitel společnosti Ceratizit Česká republika Ing. Jan Gryč.

MSV ve znamení materiálů i technologií

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro Mekku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, mimo lidi z dalších oborů, setkají i výrobci plastů a též špičkových zařízení pro plastikářskou výrobu. Na naše otázky odpovídají Pavel Tuláček, jednatel společnosti Gorilla Machines, a David Svoboda, jednatel Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery Česko.

Aditivně s nadzvukovou rychlostí

Společnost Hermle je známá především pro svá přesná pětiosá obráběcí centra a nadstandardní servis. Už málokdo ví, že vyvinula také stroj pro aditivní výrobu kovových dílů. Přestože je i tato technologie založena na postupném vrstvení kovového prášku na součást, nedochází zde ke spékání prášku laserovým paprskem, ale kovový prášek je tryskou doslova nastřelován na díl nadzvukovou rychlostí. Na detaily jsme se zeptali technického zástupce společnosti Hermle Pavla Němečka.

Názorové fórum odborníků

Respondenty jsme požádali o jejich názor na podobu budoucích technologií. Současná situace přinesla mnoho omezení, mezi jinými postihla také dodavatelské řetězce, znemožnila včasné dodávky do výrobních podniků a přinesla vyšší nároky na bezpečnost zaměstnanců. Jaké nové technologie podle vás mají v současné situaci největší potenciál se prosadit?

Svařování mědi pomocí vláknového laseru

Rychlý rozvoj v oblasti elektromobility vede ke zvýšení poptávky po svařování mědi. To, co ji činí pro danou aplikaci ideální (tj. vysoká elektrická a tepelná vodivost), ji zároveň činí obtížně svařitelnou konvenčními vláknovými lasery. Díky vyšší efektivitě, zhruba dvojnásobné, někteří výrobci zkoušejí používat zelené pevnolátkové lasery. Výsledkem je stabilnější a méně citlivý proces, než jaký byl možný u standardních vláknových laserů.

Procesně stabilní zpracování recyklátů

Do roku 2025 si Evropská unie klade za cíl ročně více než zdvojnásobit používání recyklátů při výrobě plastových výrobků [1, 2]. K dosažení tohoto cíle jsou kromě závazku firem působících na trhu a vyšší kapacity při zpracování plastového odpadu zapotřebí především nové technologie zpracování. Recykláty je nutné používat v daleko větší míře a v ještě vyšších poměrech. S novými procesy vstřikování na jedné straně a inteligentní podporou na straně druhé sleduje výrobce vstřikovacích strojů Engel různé a často velmi slibné přístupy. Výroba boxů a kontejnerů ukazuje na velký potenciál.

Uplatnění kovového 3D tisku

Společnost Misan z Lysé nad Labem se aditivními technologiemi kovových dílů zabývá a tato zařízení v České republice distribuuje už osm let. Dalo by se říct, že je jedním z průkopníků s těmito technologiemi na českém trhu. Z toho pochopitelně vyplývají také její bohaté zkušenosti s touto relativně mladou výrobní disciplínou. Na otázky, kde tyto technologie nacházejí uplatnění a v jakých oblastech mohou vyniknout, jsme se ptali aplikačního inženýra pro kovové aditivní technologie Jana Hudce.

Aditivní výroba velkých dílů

Porto patří k největší průmyslové oblasti Portugalska. Od roku 1956 zde sídlí přední světový výrobce strojů technologie tváření – společnost Adira.

Fórum výrobních průmyslníků

Jaké zásadní problémy vám současná doba přináší do chodu firmy, jak se je snažíte řešit a s jakým výsledkem?

Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členy naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit