Ügyfél: Középméretű európai szintű 2-es autóipari beszállító
Ipar: Autóipari szerkezeti konzolok
Projekt hatóköre: Progresszív formatervezés, gyártás és tömeggyártás
Partner: metalstampingparts.ltd — Precíziós fémbélyegző gyártó, Kína
1. Ügyfél háttér
Ügyfelünk, egy jól bejáratott Tier 2 beszállító, amely egy jelentős európai autóipari OEM-et szolgál ki, az első segédkeret-szerelvényekben használt acél merevítőkonzolokat gyárt. Az alkatrész – egy 2,8 mm vastag hidegen hengerelt acélkonzol (SAPH440 minőség), amelynek mérete körülbelül 120 mm × 85 mm – biztonsági szempontból kritikus, és állandó mechanikai teljesítményt igényel a nagy volumenű gyártás során.
A megbízás időpontjában az ügyfél éves igénye a következő szinten állt 2 000 000 darab, a modell életciklus-előrejelzései 7 évre nyúlnak vissza. Meglévő gyártási folyamatuk a négyállomásos egyműveletű szerszámbeállítás: kivágás, átszúrás, formázás és menetfúrás, mindegyik külön mechanikus présgépen történik. Ez a széttagolt munkafolyamat négy gépkezelőt, négy présbeállítást és jelentős munkafolyamat-készletet (WIP) igényelt az állomások között. A darabonkénti költség enyhén emelkedett $1.82, ezt a számot az ügyfél beszerzési csapata fenntarthatatlannak ítélte, tekintettel az OEM-ügyfeleik növekvő költségcsökkentési nyomására.
Az ügyfél egy egyértelmű utasítással keresett meg minket: csökkentse az egységköltséget alább $1.20 miközben egyidejűleg megduplázza a havi átvitelt 80 000-160 000 darab – mindezt a szigorúság sérelme nélkül ±0,05 mm az OEM összeszerelősorán az automatizált robothegesztéshez szükséges mérettűrések.
2. A kihívás
Három egymással összefüggő megkötés határozta meg ennek a projektnek a technikai nehézségeit:
Költségcél. A jelenlegi 1,82 dolláros egységköltségnek legalább 34%-kal kellett csökkennie. A 2 millió éves darabszámmal ez több mint 1,2 millió dolláros megtakarítást jelentett egyetlen modellév alatt – nem triviális kérés egy kiforrott bélyegzett alkatrészért, amelyet már éveken át tartó növekvő kaizen tevékenységekkel optimalizáltak.
Kapacitás szűk keresztmetszet. Az egyművelésű vonal maximum 80 000 darabot tett ki havonta három műszakban. A keresleti előrejelzések 18 hónapon belül 160 000 darabot igényeltek/hónap. A meglévő szerszámok egyszerű megkettőzése 240 000 dollár további keményszerszám-befektetést igényelt volna, plusz az ügyfél által nem rendelkező gyári alapterületre.
Tolerancia halmozódása. Négy különálló rögzítőelem és négy, kezelőtől függő be-/kirakodási ciklus miatt a folyamat eredendően felhalmozódott a pozicionálási hibák. A ±0,05 mm-es, kritikus furattól élig terjedő méretek megtartása 100%-os soron belüli ellenőrzést és gyakori szerszámbeállítást igényel, ami megnövelte a munkaerő- és hulladékköltségeket. Minden új megoldásnak meg kellett szüntetnie ezeket a többszörös beállítási hibaforrásokat.
Az ügyfél vitte a 4,7% belső selejt arány, ami nagyrészt a másodlagos alakító és menetfúró állomások eltolódásának tulajdonítható.
3. Megoldásunk
Miután az ügyfél mérnöki csapatával részletes tervezést a gyárthatósághoz (DFM) áttekintettünk, egyetlen 18 állomásos progresszív kocka az összes művelet egyetlen folyamatos préselési ciklusba történő összevonása.
3.1 A szalagok elrendezése és anyaghasználata
A legnagyobb költségemelő a nyersanyag volt. Az eredeti eljárás 140 mm széles tekercsszalagot használt egysoros elrendezéssel, ami hozamot eredményezett 68%-os anyagfelhasználás. Mérnöki csapatunk használt AutoForm alapú formázási szimuláció 3 soros lépcsőzetes (cikkcakk) elrendezés érvényesítésére hordozószalag optimalizálással. Az új elrendezés soronként 108 mm-re szűkítette a csíkot háromsoros konfigurációban, 92%-os anyagfelhasználás – 24 százalékpontos nyereség, amely önmagában hozzávetőlegesen 0,28 dolláros anyagmegtakarításhoz járult hozzá.
A 18 állomásból álló sorozatot a következőképpen tervezték:
| Állomás | Művelet |
| 1 | Próbalyukasztás (Ø6,0 mm, 2×) |
|---|---|
| 2–3 | Progresszív bevágás és kerületi nagyolás |
| 4 | Üresjárat (a szerszám szerkezeti megerősítési zóna) |
| 5–6 | Belső ablakszúrás (hosszúkás rések, 12×5 mm) |
| 7 | Előformázó hajlítás (45°-os részleges karima) |
| 8 | Tétlen |
| 9 | Végső alakítási hajlítás (90° ±0,5°) |
| 10 | Restrike / coining a hajlítási sugár szabályozásához |
| 11 | Dombornyomás (merevítő gyöngy, 1,2 mm magasság) |
| 12–13 | Karimás (Z-hajlítás, mindkét oldalon egyszerre) |
| 14 | Üresjárat (érzékelő ellenőrzési zóna) |
| 15 | Precíziós furatszúrás (Ø8,2 mm ±0,02 mm, 4×) |
| 16 | Menetfúrás – beépített szervo menetfúró egység (M6×1.0, 2×) |
| 17 | Elválasztás / levágás |
| 18 | Hulladék aprítása |
3.2 Szerszámacél és bevonat kiválasztása
A nagy kopásállóságú állomásokhoz (lyukasztó lyukasztók, alakító betétek és menetfúró állomás) megadtuk SKD11 (JIS G4404) hidegen megmunkált szerszámacél edzett 60-62 HRC, a TiCN (Titanium Carbonitride) PVD bevonat minden vágó- és alakítófelületre alkalmazható. Ez a kombináció meghaladja a felületi keménységet 3000 HV, meghosszabbítja a szerszám élettartamát a becsült értékre 5 millió ütés jelentős felújítások között – kritikus egy 2M/év program esetében.
A vezetőoszlopokat és a perselyeket ben határozták meg SKH51 gyorsacél golyósoros rögzítőkkel a 0,003 mm-es vezetési pontosság biztosítására a teljes préslöket során.
3.3 In-Die menetfúró integráció
Technikailag talán a legambiciózusabb elem az M6×1.0 menetfúró művelet közvetlen integrálása volt a 16-os állomás progresszív matricájába. A hagyományos megközelítések off-line csapolást tesznek lehetővé dedikált gépek használatával, ami növeli a kezelési költségeket és a ciklusidő változékonyságát. Tervezésünkben a szervo-meghajtású vágószerszám szinkronban a préshajtókar szögével, 50 löket/perc ütögetési sebességet ér el az automatikus forgácseltávolítással. Az in-die menetfúrás megszüntetett egy teljes kezelői pozíciót, és csökkentette az alkatrészenkénti menetfúrás költségeit 0,09 dollárról 0,02 dollár alá.
3.4 Szimulációvezérelt érvényesítés
Az acél vágása előtt a következőt futtattuk:
– Alakítási szimuláció (AutoForm R8): Érvényesített vékonyítás < 20%, ráncmentes formázás, 0,8°-os visszarugózási kompenzáció a 90°-os karimán
– Strukturális FEA (ANSYS): A megerősített szerszámfeszültség 980 MPa alatt van minden kritikus lapkán 250 tonnás présterhelés mellett
– Csík haladási kinematika: Ellenőrzött pilóta bekapcsolódás minden állomáson, a hordozó minimális szélessége 8,5 mm
A gyártás előtti szimuláció lecsökkentette a fizikai próba iterációit az iparágban jellemző 5–7 körről mindössze 3-ra.
4. Megvalósítás
4.1 Gyártási idővonal
| fázis | Időtartam | Főbb mérföldkövek |
| DFM és szalag elrendezés | hét 1-2 | Szimulációval ellenőrzött elrendezés aláírva |
|---|---|---|
| Die Design (3D CAD) | 2-4 hét | Teljes SolidWorks összeállítás 478 komponenssel |
| Nyersanyag beszerzés | 2-3 hét | Az SKD11 blokkok a Hitachi Metalstól származnak |
| CNC megmunkálás és huzal szikraforgácsolás | 4-7 hét | 5 tengelyes megmunkálás + Sodick huzalos szikraforgácsolás a lyukasztó/matrica hézagokhoz (az anyagvastagság 6-8%-a) |
| Összeszerelés és asztali felszerelés | hét 7-8 | Matricakészlet összeállítása, vezetési beállítás ellenőrzése |
| Próba – 1. forduló | 8. hét | Kezdeti bélyegzés, 3 kisebb sorjahely azonosítása |
| Próba – 2. forduló | 9. hét | Sorja megoldódott, visszaugrás a tűréshatáron belül |
| Próba – 3. forduló | 9. hét | Teljes PPAP futás: 300 db, minden méret specifikációban |
| Szállítás és szerelés | 10. hét | A szerszámot kiszállították, az ügyfél 250T AIDA nyomógépére telepítve |
Teljes átfutási idő a megrendeléstől a tömeggyártásig: 10 hét.
4.2 Az első cikk eredményei
A harmadik és egyben utolsó próba a 96%-os első menetes hozam 300 darabos PPAP mintán keresztül. A Zeiss CONTURA CMM méretellenőrzése megerősítette:
– Mind a 47 méretjellemző a specifikáción belül
– Cpk ≥ 1,67 mind a 12 kritikus minőségi (CTQ) jellemzőn
– A teljes mintán nincsenek nem megfelelő mérések
A fennmaradó 4%-os eltérés a dombornyomott gyöngy kisebb felületi kopására korlátozódott – ezt a lyukasztási felület 0,5 µm-es növekedésével oldották fel (Ra 0,1 µm → Ra 0,05 µm gyémánt polírozással).
5. Eredmények
5.1 Költségbontás (darabonként)
| Költségelem | Előtte | Miután | Változás |
| Nyersanyag | $0.74 | $0.46 | ↓ 37.8% |
|---|---|---|---|
| Közvetlen munkaerő | $0.38 | $0.09 | ↓ 76.3% |
| Gépi amortizáció | $0.28 | $0.21 | ↓ 25.0% |
| Fogyóeszközök és szerszámok | $0.15 | $0.12 | ↓ 20.0% |
| Selejt és átdolgozás | $0.08 | $0.02 | ↓ 75.0% |
| Rezsi allokáció | $0.19 | $0.25 | ↑ 31.6%* |
| Teljes | $1.82 | $1.15 | ↓ 36.8% |
A rezsi a magasabb préstonna-allokáció miatt nőtt; több, mint más megtakarításokkal ellensúlyozva.*
5.2 Teljesítménymutatók
| KPI | Alapállapot | Elérte | Cél |
| Egységköltség | $1.82 | $1.15 | $1.20 |
|---|---|---|---|
| Havi kapacitás | 80.000 db | 180.000 db | 160.000 db |
| Folyamatképesség (Cpk) | 1.12 | 1.67+ | 1,33 perc |
| Anyagfelhasználás | 68% | 92% | — |
| Belső selejt arány | 4.7% | 0.8% | <2.0% |
| Üzemeltetők száma | 4 | 1 | — |
| Átállási idő | 45 perc | 8 perc | — |
5.3 Éves megtakarítás
Évi 2 000 000 darabnál a darabonkénti 0,67 dolláros megtakarítás azt jelenti, hogy 1 340 000 dollár éves költségcsökkentés. A teljes progresszív szerszámberuházás (körülbelül 185 000 USD, beleértve a tervezést, az anyagokat, a megmunkálást, a bevonatot és a kipróbálást) 9 héten belül megtérül a termelés.
6. Ügyfél-visszajelzés
"Az elmúlt 15 évben több szerszámos partnerrel dolgoztunk Ázsiában, és ez a metalstampingparts.ltd projekt az egyik legsimább átállás, amit valaha tapasztaltunk. A szimuláció első megközelítése azt jelentette, hogy mérnöki csapatunk teljes magabiztossággal rendelkezett, mielőtt az acélt valaha is vágták volna. Amikor megérkezett a matrica, gyártási minőségű alkatrészeket futtatott három műszakban, és meghaladta a kezdeti költségcsökkentést, és talán még 7%-kal is meghaladta. A stabilitás kivételes volt, és már több mint 800 000 darabot gyártottunk, és a méretproblémákra visszavezethető vevői visszautasítást nem követeljük.
— Mérnöki igazgató, Európai Tier 2 gépjárműipari beszállító
Az NDA értelmében visszatartott név
7. Kulcs elvitele
🔗 Lásd még: Orvosi eszközök precíziós bélyegzésének esettanulmánya — Hogyan értük el a ±0,01 mm-es tűréshatárt a 0,15 mm-es 304-es rozsdamentes acélon egy amerikai orvostechnikai eszközöket gyártó cégnél, 53%-kal csökkentve az alkatrészenkénti költséget.
1. A progresszív szerszámkonszolidáció nem csak a sebességről szól, hanem a hibák kiküszöböléséről. Minden alkalommal, amikor egy alkatrészt eltávolítanak és újra rögzítenek, toleranciakockázat lép fel. A 18 állomásos kialakítás három átviteli pontot szüntetett meg, és ennek eredményeként a folyamatképesség 1,12 Cpk-ról 1,67+-ra javult.
2. Az anyagfelhasználás gyakran a legnagyobb költségemelő – és gyakran aluloptimalizált. Az anyaghozam 24 százalékpontos javulása nagyobb mértékben járult hozzá a darabonkénti megtakarításhoz, mint a munkaerő csökkentéséhez. A többsoros lépcsőzetes elrendezések, ha szimulációval érvényesítik, drámai anyagmegtakarítást tesznek lehetővé az alakíthatóság veszélyeztetése nélkül.
3. A szerszámon belüli másodlagos műveletek (menetfúrás, hegesztés, összeszerelés) műszakilag igényesek, de kereskedelmi szempontból átalakulóak. A szervo menetfúró egység volt a legbonyolultabb alrendszer a szerszámban, mégis kiiktatta a teljes off-line folyamatot és kezelőt, így 78%-kal csökkentette a menetfúró költséget.
4. A szimulációs befektetés rövidebb kipróbálási idő alatt megtérül. A három próbakör az iparágban jellemző 5–7 kör helyett hozzávetőleg 12 000 dollárt takarított meg a nyomtatási idő, az anyag és a mérnöki munka során – ez nagyjából a szimulációs munka költségének háromszorosa.
5. A szerszámacél és a bevonat kiválasztásának meg kell egyeznie a program életciklusának gazdaságosságával. Az SKD11 + TiCN optimálisnak bizonyult ehhez a 7 éves, 14 millió darabból álló programhoz. Nagyobb mennyiségek vagy több csiszolóanyag esetén általában porkohászati minőségeket (például ASP sorozat) vagy alternatív bevonatokat (AlCrN emelt hőmérsékletű alkalmazásokhoz) javasolunk.
Ez az esettanulmány a metalstampingparts.ltd által végrehajtott tényleges projektet mutatja be. Bizonyos ügyfél-azonosító adatokat a titoktartási megállapodások értelmében anonimizáltak. Minden műszaki adatot, költségszámítást és teljesítménymutatót a projektdokumentáció és a gyártás utáni auditok igazolnak.
Progresszív présszerszámozással, költségcsökkentési tervezéssel vagy nagy volumenű fémbélyegzési partnerségekkel kapcsolatos kérdéseivel forduljon mérnöki csapatunkhoz a metalstampingparts.ltd.
Kapcsolódó források
- Autóipari OEM-költségcsökkentési esettanulmány – Hogyan csökkentette a progresszív szerszámoptimalizálás 37%-kal az autóipari OEM költségeit.