Precyzyjne cięcie metalu: tolerancje, wybór procesu i przewodnik po jakości cięcia

Sklep sprzedający 5000 części z rur ze stali nierdzewnej o grubości ścianki 4 mm może stracić tydzień na rzecz jednej liczby. Jeśli odcięty koniec wyląduje poza oknem o grubości 0,15 mm, znajdująca się za nim stacja gięcia nie będzie w stanie zamknąć szczeliny, a części wracają na stół w celu ręcznego piłowania. Piła była ostra, program był prawidłowy, a maszyna miała dopiero dwa lata. Strata wynikała z traktowania cięcia, fazowania i gratowania jako trzech oddzielnych decyzji, a nie jednego łańcucha procesu.

Precyzyjne cięcie metalu jest łatwiejsze w zarządzaniu, gdy definiuje się je jako cztery mierzalne wyniki: tolerancję wymiarową, szerokość nacięcia, wysokość zadziorów i doprowadzone ciepło. Każdy proces cięcia pozwala na łatwe zachowanie niektórych z tych parametrów, a innych wymaga jedynie dodatkowej obsługi. Przydatnym pytaniem nie jest to, która maszyna wygląda najdokładniej w broszurze, ale który proces utrzymuje liczby, bez których Twoja następna operacja nie może przetrwać.

Co faktycznie kontroluje precyzyjne cięcie metalu

Cztery dane wyjściowe decydują o tym, czy cięcie jest wystarczająco dobre, a każdy z nich jest mierzony innym instrumentem w innym momencie cyklu.

• Tolerancja wymiarowa: jak daleko wykończona powierzchnia może znajdować się od wymiaru druku, mierzona po ochłodzeniu części do temperatury pokojowej.
• Szerokość nacięcia: materiał usuwany przez cięcie, który określa wydajność zagnieżdżania i decyduje, czy jednym przejściem można wykończyć część na wymiar.
• Wysokość zadziorów: podniesiony metal pozostawiony na krawędzi wyjściowej, mierzony w mikronach, który określa, czy następną stacją jest maszyna do gratowania, czy pilnik ręczny.
• Dopływ ciepła: wielkość strefy wpływu ciepła, która zmienia lokalną twardość i może spowodować wyciągnięcie cienkiej końcówki rury z okrągłości.

Poniższe zakresy są raczej typowymi wynikami produkcyjnymi niż katalogowymi wartościami maksymalnymi i pokrywają się w większym stopniu, niż sugeruje większość cytatów.

Kolumną, która zwykle decyduje o projekcie, nie jest tolerancja, ale strefa wpływu ciepła, ponieważ hartowana powierzchnia cięcia zachowuje się inaczej na matrycy do gięcia, nawet gdy wymiar jest idealny.

Tolerancja to miejsce, w którym wygrywa się lub przegrywa większość projektów

Poproś trzech dostawców o wycenę tej samej rury ze stali nierdzewnej, a wartości tolerancji będą wyglądały podobnie na papierze. Umieszczone na jednej skali, wcale nie są sobie bliskie.

Rysunek 1. Zakresy tolerancji osiągalne w procesie cięcia stali miękkiej i stali nierdzewnej o grubości od 1 mm do 6 mm, wzięte z prób produkcyjnych, a nie z maksimów katalogowych.

Wykres słupkowy pokazuje, że różnica pomiędzy najwęższym i najluźniejszym procesem w tej samej rurze wynosi w przybliżeniu dwadzieścia do jednego. Cięcie laserem światłowodowym utrzymuje okno o grubości około plus minus 0,05 mm w cienkiej stali nierdzewnej, dlatego zwykle jest podawane bezpośrednio do stacji gięcia lub formowania końcowego bez operacji pośredniej. Precyzyjne cięcie na zimno wynosi około plus minus 0,10 mm i osiąga tę wartość bez dopływu ciepła, więc powierzchnia cięcia pozostaje niezmieniona metalurgicznie. Strumień wody ląduje blisko piły, zachowując tolerancję, jednocześnie umożliwiając cięcie ułożonych w stos arkuszy i grubych profili w jednym przejściu. Plazma o grubości plus minus 0,25 mm i szersza w przypadku materiału o grubości 4 mm jest produktywnym procesem w przypadku prac konstrukcyjnych i kosztownym, gdy druga operacja musi skorygować cięcie. Praktyczną zasadą jest określenie tolerancji, jaką może zaakceptować najciaśniejsza dalsza operacja, a następnie wybranie procesu, który utrzymuje ją bez użycia rąk.

Prędkość skrawania szybko spada wraz ze wzrostem grubości ścianki

Prędkość to pierwsza liczba, którą kupujący porównują i która najszybciej się starzeje po zmianie składu materiałów.

Rysunek 2. Typowa prędkość skrawania dla trzech procesów wraz ze wzrostem grubości ścianki stali nierdzewnej, przy czym każda linia pokazuje ten sam gatunek materiału, który pozostaje stały.

Cięcie laserowe W pełni automatyczne, szybkie cięcie laserowe firmy Hetai Machinery wykorzystuje w pełni zautomatyzowany, wieloosiowy laser 3D i technologie uchwytów modułowych jako podstawowe technologie. Grzebień... Zobacz produkt →

Wykres liniowy wskazuje, że broszury dotyczące sprzętu mają tendencję do zakopywania: cięcie laserowe szybko traci prędkość wraz ze wzrostem grubości ścianki, ponieważ wiązka musi usunąć większą objętość materiału przy każdym przejściu. W odległości 1 mm linia lasera zaczyna się znacznie nad pozostałymi, a przy 5 mm spada do mniej więcej jednej czwartej współczynnika cienkościennego, a plazma prawie ją dogania. Strumień wody jest osadzony nisko i prawie płasko, więc jego względna wada jest najmniejsza w przypadku grubych, twardych lub wrażliwych na ciepło materiałów. To przejście, a nie prędkość główna, decyduje, która maszyna zdobędzie miejsce na podłodze. Gdy większość prac przebiega poniżej 3 mm ściany, laser zapewnia krótki czas cyklu; gdy mieszanka ma grubość 5 mm i więcej w przypadku stali nierdzewnej lub aluminium, piła lub strumień wody często kończy część wcześniej, biorąc pod uwagę obróbkę drugiego przejścia. Na linii zautomatyzowanej efekt jest spotęgowany, ponieważ powolna pierwsza stacja wyznacza takt dla każdej stacji znajdującej się za nią.

W przypadku rur i profili krawędź cięcia ma takie samo znaczenie jak czas cyklu, ponieważ wąska strefa wpływu ciepła utrzymuje nienaruszoną powierzchnię czołową nadającą się do formowania końcowego. Mechanika stojąca za tą krawędzią została opisana w naszym przewodniku co cięcie laserowe robi z ciętą krawędzią .

Cięcie mechaniczne nadal wygrywa w przypadku kwadratowych końcówek i kosztu w przeliczeniu na część

Precyzyjna piła na zimno nie potrzebuje belki ani strumienia granatu, aby utrzymać plus/minus 0,10 mm na rurze, a dla wielu części ta liczba jest wystarczająca. Wytwarza również kwadratowy, lekki koniec, który może zostać zaakceptowany przez stację gięcia lub formowania końcówek bez drugiej maszyny.

• Wybór ostrzy: ostrza z węglikami spiekanymi utrzymują rozmiar rury ze stali nierdzewnej, natomiast ostrza cermetalowe lub powlekane nadają się do twardszych stopów i większych wielkości produkcji.
• Zaciskanie: rura, która przesuwa się o 0,05 mm podczas wprowadzania ostrza, spowoduje zwężenie, którego nie da się usunąć za pomocą dalszej regulacji.
• Posuw i prędkość: zbyt szybka jazda spala krawędź ostrza i zwiększa wysokość zadziorów, więc parametry mają większe znaczenie niż marka ostrza.
• Ogranicznik długości: posuw sterowany serwomechanizmem utrzymuje powtarzającą się długość znacznie lepiej niż ogranicznik ręczny, zwłaszcza w przypadku części o długości powyżej 1500 mm.

Precyzyjne cięcie piłą na zimno Precyzyjna piła do cięcia na zimno to w pełni automatyczna piła na zimno do bardzo twardych prętów metalowych, przeznaczona do szybkiego i precyzyjnego cięcia materiałów o nieregularnych kształtach... Zobacz produkt →

Kompromisem jest szczelina. Piła usuwa od dwóch do trzech milimetrów materiału na jedno cięcie, co ma znaczenie, gdy surowa rura jest droga, dlatego zagnieżdżanie i planowanie pozostałości to te same kwestie, co wybór maszyny.

Zadziory i ciepło: ukryty koszt szybkiego cięcia

Cięcie odpowiadające wydrukowi może nadal nie osiągnąć docelowego kosztu, jeśli każda część wymaga ręcznego oczyszczenia przed montażem.

Rysunek 3. Wydajność pierwszego przejścia mierzona jako udział wyciętych części, które opuszczają stanowisko cięcia bez ręcznej obróbki, na próbkach z całego tygodnia produkcyjnego.

Maszyna do gratowania Konstrukcja rampy z nylonowej płyty napędzanej łańcuchem zapewnia, że łączniki rurowe nie ocierają się o żelazo podczas gratowania, skutecznie chroniąc wykończenie powierzchni. Bra... Zobacz produkt →

Wydajność pierwszego przejścia na wykresie uwzględnia tylko części, które opuszczają stację cięcia bez ręcznej obróbki dodatkowej. Cięcie laserowe prowadzi na poziomie 97 procent, ponieważ wiązka usuwa materiał, a nie go ścina, pozostawiając mały i spójny zadzior po stronie wyjściowej. Dobrze ustawiona precyzyjna piła na zimno osiąga około 94 procent, a większość jej strat wynika ze zużycia ostrza, a nie z samego procesu. Strumień wody pozostaje blisko w tyle i wynosi 95 procent, z zastrzeżeniem, że na grubych odcinkach należy stosować ziarno ścierne i stożkowość. Brak plazmy i paliwa tlenowego o dziesięć punktów lub więcej, ponieważ usuwanie żużlu i czyszczenie krawędzi to rutynowe działania, a nie sporadyczne. Różnica ma znaczenie handlowe: przy 10 000 części rocznie trzypunktowa różnica w wydajności wynosi 300 dodatkowych przejazdów na stół do gratowania, a robocizna rzadko pojawia się w wycenie maszyny.

Dopasowanie procesu do części

Większość sklepów nie potrzebuje jednego doskonałego procesu. Potrzebują najmniejszego zestawu procesów obejmujących każdą cytowaną część.

Rysunek 4. Porównanie radarowe trzech procesów cięcia z oceną od 0 do 100 według kryteriów, które kupujący biorą pod uwagę najczęściej przy wyborze nowej maszyny.

Widok radarowy przedstawia trzy typowe wybory w porównaniu z pięcioma atrybutami, które faktycznie rozważają kupujący. Cięcie laserowe osiąga najwyższe wyniki w zakresie tolerancji i wykończenia krawędzi, natomiast wynik w zakresie dopływu ciepła jest najsłabszy z trzech, ponieważ każde cięcie pozostawia strefę wpływu ciepła. Precyzyjne cięcie na zimno zapewnia najbardziej zrównoważony kształt na świecie: wysoką tolerancję, szybkość i koszt w przeliczeniu na część oraz skutecznie neutralny pod względem ciepła. Strumień wody dorównuje piłze pod względem ciepła i jakości krawędzi, ale gwałtownie spada w przypadku prędkości cięcia, co jest branżą, którą umożliwia cięcie prawie każdego materiału bez uszkodzeń termicznych. Żaden pojedynczy proces nie wypełnia całego pięciokąta, dlatego w sklepach mieszanych zazwyczaj stosuje się więcej niż jedną metodę cięcia. Właściwy wzorzec to taki, który obejmuje atrybuty mierzone co tydzień w raportach z inspekcji.

Wybór maszyny do cięcia bez żalu

Maszynę do cięcia części kupuje się na kolejne pięć lat, a nie na egzemplarz demonstracyjny w salonie. Pięć pytań oddziela trwały zakup od drogiej lekcji.

1. Jaką tolerancję utrzymuje maszyna przy najczęstszej grubości ścianki i materiale, mierzona podczas pełnej zmiany zamiast pojedynczej próbki?
2. Które procesy pozostają w firmie, a które zlecane są podwykonawcom? Wewnętrzna obróbka skrawaniem, spawanie i montaż zwykle oznacza szybszą iterację, gdy zachodzi potrzeba zmiany mocowania lub programu.
3. Ile kosztuje przezbrojenie w czasie i ile minut upływa do pierwszej dobrej części po załadowaniu nowego programu?
4. Co obejmuje test odbiorczy i kto podpisuje protokół pomiaru przed wysyłką?
5. Jaki jest podany czas dostawy i jakie usługi serwisowe są wymagane po instalacji?

Gipfel Precision Machinery buduje urządzenia do cięcia, fazowania, gięcia i kształtowania końcówek rur w Nantong w Chinach, a rozwój oprogramowania, precyzyjną obróbkę, spawanie, montaż oraz testy FAT i SAT utrzymuje we własnym zakładzie, zamiast zlecać je podmiotom zewnętrznym. Firma podaje stabilne okno dostawy od 90 do 120 dni, współpracuje z zespołem badawczym posiadającym ponad 50 krajowych patentów na projekty i wspiera maszyny przez cały okres ich użytkowania. Jeśli przycięte końce są podawane bezpośrednio na linię gięcia lub formowania końcówek, test wykonalności na własnym materiale jest wart więcej niż jakakolwiek figura katalogowa: prześlij nam swój rysunek i okno tolerancji a my powiemy Ci, który proces go trzyma, a który nie.

Cięcie to najtańsze miejsce na naprawienie problemu tolerancji i najdroższe miejsce na jego wykrycie. Każda kolejna operacja dziedziczy wszystko, co wyprodukuje stacja cięcia, zatem decyzja oszczędzająca kilka sekund na części przy piłze lub laserze może wydłużyć czas spędzony na stole do gratowania i godziny podczas kontroli końcowej.

Zacznij od czterech liczb, a nie od maszyny. Potwierdź je na własnym materiale, na własnej grubości ściany, za pomocą własnego uchwytu. Proces, który obejmuje wszystkie cztery elementy bez pracy ręcznej, jest tym, który warto kupić, nawet jeśli konkurent ma lepszą liczbę na papierze.