Verspanende bewerkingen zijn gericht op het produceren van nauwkeurige onderdelen tegen de laagste kosten, waarbij de rentabiliteit wordt gemaximaliseerd. De traditionele manier om de bewerkingskosten te verlagen, is de productie te versnellen door middel van agressievere snijparameters. Meestal komt dit neer op het instellen van hogere snijsnelheden.
Die benadering houdt echter geen rekening met belangrijke kostenfactoren zoals de kosten van afgekeurde werkstukken en productiestilstand. Een strategie met een algemene procesbenadering van productiebezuinigingen biedt de beste balans tussen productiviteit en productiekosten, omdat er rekening wordt gehouden met alle kostenfactoren.
Kostenbeheersing
Op sommige elementen van de productiekosten heeft een fabrikant in wezen geen invloed. Het type en de kosten van het werkstukmateriaal worden bepaald door het eindgebruik van het bewerkte onderdeel. Het is niet mogelijk geld te besparen door in een turbinemotor Inconel te vervangen door grijs gietijzer. Zo is ook de investering van een fabriek in gereedschapsmachines, het onderhoud daarvan en de elektriciteit om ze te laten werken in principe een vaste kostenpost.. Arbeidskosten zijn iets flexibeler, maar liggen in feite op zijn minst voor de korte termijn vast. Al deze kosten en de kosten van gereedschappen moeten worden gecompenseerd door inkomsten uit de verkoop van bewerkte onderdelen. Het verhogen van de productiesnelheid, de snelheid waarmee werkstukken worden omgevormd tot eindproducten, kan vaste kosten compenseren.
Sneller is niet altijd beter
Tot de elementen van het bewerkingsproces waarop fabrikanten invloed kunnen uitoefenen, behoren de parameters waarmee snijgereedschappen worden gebruikt. Verschillende gereedschappen, technieken en strategieën beïnvloeden de productiesnelheden. Verder is men in veel werkplaatsen van mening dat het eenvoudig verhogen van de snijsnelheden tot een hogere productie van onderdelen per tijdsperiode leidt en daardoor tot lagere productiekosten. De situatie is echter complexer dan dat. Hogere snijsnelheden hebben een prijs. Over het algemeen geldt: hoe sneller een bewerking wordt uitgevoerd, hoe minder stabiel ze wordt. Belastingen, zoals grotere snijkrachten en warmteontwikkeling, beïnvloeden zowel het gereedschap als het werkstuk. De gereedschapsslijtage gaat sneller en is minder voorspelbaar. Een gereedschap kan breken en het werkstuk bekrassen, en door de gereedschapsslijtage of door trillingen kunnen de afmetingen van onderdelen variëren en/of kan de oppervlakteruwheid achteruitgaan. Het resultaat zijn onbruikbare werkstukken, waarvan de kosten moeten worden afgetrokken van de winst. Afhankelijk van de waarde van het werkstukmateriaal en de uiteindelijke toepassing van het onderdeel — bijvoorbeeld een kostbare superlegering bedoeld voor de luchtvaartindustrie — kan afkeur van werkstukken desastreuze gevolgen hebben op de totale kosten van een productieproces. Bovendien kan een proces aan de buitenste grenzen van de betrouwbaarheid niet zonder toezicht of met weinig toezicht plaatsvinden, zodat een eventuele besparing op de arbeidskosten niet mogelijk is. Het verhogen van de snijsnelheden heeft ook een directe invloed op de standtijd van de gereedschappen. Te hoge snelheden versnellen de gereedschapsslijtage, waardoor gereedschappen vaak moeten worden vervangen. Omdat de gereedschappen sneller slijten, zijn er meer gereedschappen nodig om hetzelfde aantal onderdelen te voltooien. Theoretische voordelen met betrekking tot de productiekosten en de productiviteit worden verminderd door extra gereedschapskosten en kosten vanwege de ongeplande stilstand van gereedschapsmachines.
Kosten van machinestilstand
Hogere snelheden verhogen de kosten van snijgereedschap maar verlagen aanvankelijk de kosten van gereedschapsmachines. Omdat de gereedschapsmachine meer onderdelen per tijdsperiode produceert, kunnen er meer inkomsten tegenover de vaste machinekosten worden gesteld. Wanneer de snelheden echter een bepaald punt overschrijden, beginnen de kosten van de gereedschapsmachine weer te stijgen. De standtijd van het gereedschap wordt zo kort, dat de afname van de kosten van de gereedschapsmachine van minder belang zijn dan de snel stijgende kosten van de gereedschappen en de stilstandtijd voor gereedschapswissels. Bovendien kunnen extreem hoge snijsnelheden en zeer agressieve snijparameters in sommige gevallen bijdragen aan hogere kosten van gereedschapsmachines en zelfs leiden tot machinestilstand door onverwachte defecten.
Optimale parameters
Hogere snijsnelheden kunnen de productiesnelheid verhogen, maar dit kan ook gepaard gaan met iets hogere gereedschapskosten en kosten aan de gereedschapsmachines. Omgekeerd verlagen lagere snijsnelheden de gereedschapskosten en de kosten aan de gereedschapsmachines, maar in dat geval daalt gewoonlijk ook de productiviteit. Een evenwichtige benadering betekent gereduceerde snijsnelheden gecombineerd met een proportionele toename van de voeding en de snedediepte. De grootste snedediepte kan het aantal benodigde snijpassen verminderen en daardoor de bewerkingstijd verkorten. De voeding zou eveneens moeten worden gemaximaliseerd, hoewel de werkstukkwaliteit en de oppervlakteruwheid door te hoge voeding negatief kunnen worden beïnvloed. In sommige gevallen kunnen hogere voeding en grotere snededieptes bij dezelfde of lagere snijsnelheden het verspaningsdebiet van een bewerking vergroten ten opzichte van alleen een verhoging van de snijsnelheden. Wanneer een stabiele en betrouwbare combinatie van voeding en snedediepte is bereikt, kunnen de snijsnelheden worden gebruikt voor de uiteindelijke kalibratie van de bewerking. Het doel is een hogere snijsnelheid die de kosten van de gereedschapsmachine (per geproduceerd werkstuk) verlaagt, maar die de gereedschapskosten (per geproduceerd werkstuk) niet overmatig door een versnelde gereedschapsslijtage verhoogt.
Bewerkingsstabiliteit is cruciaal
De sleutel tot het behoud van de productiviteit en onderdelenkwaliteit en het voorkomen van afgekeurde werkstukken, is een stabiel bewerkingsproces. Een pragmatische definitie van algemene productiebezuiniging is: “Zorgen voor maximale veiligheid en voorspelbaarheid van, het bewerkingsproces, met handhaving van de hoogste productiviteit en de laagste productiekosten.” Het opzetten van een stabiel proces omvat ook het scheppen van een optimale productie-omgeving. Naast de keuze van het gereedschapsmateriaal, de bekleding en de geometrie die het best geschikt zijn voor het betreffende werkstuk en de betreffende bewerking, moet er aandacht worden besteed aan het optimaliseren van het CAM-bewerkingsprogramma, de beitelhoudersystemen en de toepassing van koelvloeistof. De automatisering van de hantering, zoals pallet- of robotsystemen voor het laden en lossen van werkstukken, zou eveneens deel moeten uitmaken van de procesintegratie, omdat het hanteren van de hoeveelheid onbewerkte en afgewerkte werkstukken aanzienlijk tot de stilstand van machines kan bijdragen.
Bijkomende vraagstukken
Naast de reeds lang bestaande doelstellingen van productiviteit en zuinigheid, legt de be- en verwerkende industrie steeds meer nadruk op relatief nieuwe aandachtspunten, zoals milieuvraagstukken. Een evenwichtige benadering van productiebezuinigingen kan helpen om ook deze vraagstukken op te lossen. Bij lagere snijsnelheden is er minder energie nodig om materiaal van het werkstuk te verwijderen, en kleinere snededieptes in combinatie met hogere voeding zorgen voor een verdere verlaging van het energiegebruik. Lagere snijsnelheden verlengen de standtijd van het gereedschap, waardoor er minder gereedschap wordt verbruikt en er minder gereedschap moet worden afgevoerd of gerecycled. Dankzij de beperkte warmteontwikkeling als gevolg van lagere snijsnelheden kan er slechts minimaal of helemaal geen koeling nodig zijn.
Conclusie
Het aanwenden van algemene productiebezuinigingsstrategieën vereist een totaalanalyse van de bewerkingsomgeving en de acceptatie van denkwijzen die tegen veel gevestigde verspaningspraktijken indruisen. Het toepassen van deze concepten kan de kostenbesparingen en de werkstukkwaliteit echter verbeteren en een meer milieuvriendelijke productie mogelijk maken, terwijl de productiviteit in een stabiel en betrouwbaar productieproces gehandhaafd blijft.
Door: Patrick de Vos, Corporate Technical Education Manager, Seco Tools