Клиент: Европски добавувач на автомобили со средна големина
Индустрија: Автомобилски структурни држачи
Опсег на проектот: Прогресивно производство и дизајнирање, прогресивно производство
Партнер: MetalStampingParts.ltd — прецизно производство на метали, Кина
1. Позадина на клиентот
Нашиот клиент, добро воспоставен добавувач од Tier 2 кој служи за голем европски автомобилски OEM, произведува челични загради за зајакнување што се користат во склоповите на предната подрамка. Делот - ладно валан челичен држач со дебелина од 2,8 mm (SAPH440 одделение) со димензии приближно 120 mm × 85 mm - е критичен за безбедноста, што бара постојани механички перформанси во производството со голем волумен.
Во времето на ангажманот, годишната побарувачка на клиентот изнесуваше 2.000.000 парчиња, со проекции на животниот циклус на моделите кои се протегаат до 7 години. Нивниот постоечки производствен процес се потпираше на подесување на алат со една работа со четири станици: бришење, пробивање, формирање и тапкање на секоја извршена на посебни механички преси. Овој фрагментиран работен тек бара четири машински оператори, четири подесувања на преса и значителен инвентар за работа во тек (WIP) помеѓу станиците. Цената по парче се искачи на $1.82, бројка што тимот за набавки на клиентот ја сметаше за неодржлива со оглед на зголемениот притисок за намалување на трошоците од нивниот клиент OEM.
Клиентот ни пристапи со јасен краток преглед: намалете ги единечните трошоци под $1.20 додека истовремено се удвојува месечната пропусност од 80.000 до 160.000 парчиња - сето тоа без да се загрози строгата ±0,05 mm димензионални толеранции потребни за автоматско роботско заварување на склопувачката линија на OEM.
2. Предизвикот
Три меѓусебно поврзани ограничувања ја дефинираа техничката тешкотија на овој проект:
Целта на трошоците. Постоечката единечна цена од 1,82 УСД требаше да падне за најмалку 34%. Со 2 милиони годишни единици, ова претставуваше заштеда над 1,2 милиони американски долари во текот на една моделска година - нетривијално барање за зрел печатен дел веќе оптимизиран со години на поединечни Кајзен активности.
Тесно грло на капацитетот. Линијата за еднократна работа достигна максимум од 80.000 парчиња месечно во три смени. Проекциите на побарувачката бараа 160.000 парчиња/месечно во рок од 18 месеци. Едноставно дуплирање на постојното алатирање би барало 240.000 американски долари дополнителна инвестиција за тврд алат плус простор на подот во фабриката што клиентот го немал.
Складирање на толеранција. Со четири посебни тела и четири циклуси на товарење/растовар зависни од операторот, процесот инхерентно акумулирал грешки во позиционирањето. Одржувањето ± 0,05 mm на критичните димензии од дупка до работ бара 100% проверка на линијата и чести прилагодувања на алатот, што ги зголемува трошоците за работна сила и отпад. Секое ново решение мораше да ги елиминира овие извори на грешки со повеќе поставувања.
Клиентот носел и а 4,7% внатрешна стапка на отпад, во голема мера се припишува на неусогласеност во секундарните станици за формирање и прислушување.
3. Нашето решение
Откако направивме детален преглед на Дизајн за производствена способност (DFM) со инженерскиот тим на клиентот, предложивме единствена 18-станица прогресивна матрица ги консолидира сите операции во еден континуиран циклус на пресување.
3.1 Распоред на лента и искористување на материјали
Единствената најголема рачка за трошоците беше суровината. Оригиналниот процес користеше лента на намотка широка 140 mm со распоред со еден ред, што дава 68% искористеност на материјалот. Нашиот инженерски тим користеше Симулација за формирање базирана на автоматска форма за да се потврди распоредот во 3 реда (цик-цак) со оптимизација на носечката лента. Новиот распоред ја стесни лентата на 108 mm по ред во конфигурација со троен ред, постигнувајќи 92% искористеност на материјалот - добивка од 24 процентни поени што сама по себе придонесе приближно 0,28 УСД во материјални заштеди по парче.
Низата од 18 станици беше дизајнирана на следниов начин:
| Станица | Операција |
| 1 | Пробивање на пилотска дупка (Ø6,0 mm, 2×) |
|---|---|
| 2–3 | Прогресивно засекување и периметарско грубост |
| 4 | Празнина (зона на конструктивно зајакнување на матрицата) |
| 5–6 | Внатрешен пирсинг на прозорци (издолжени слотови, 12×5 mm) |
| 7 | Свиткување пред-формирање (делумна прирабница 45°) |
| 8 | Празен |
| 9 | Завртено обликување (90° ±0,5°) |
| 10 | Рестрик / монтажа за контрола на радиусот на свиткување |
| 11 | Втиснување (зацврстувачка мушка, висина 1,2 мм) |
| 12–13 | Прирабници (З-свиткување, двете страни истовремено) |
| 14 | Празен (зона за проверка на сензорот) |
| 15 | Прецизност mm. |
| 16 | Прислушување — интегрирана серво единица за прислушкување во матрица (M6×1.0, 2×) |
| 17 | Разделба / отсекување |
| 18 | Сечкање отпад |
3.2 Избор на челик и облоги за алат
За станици за високо абење, вметнати станици за високо абење, вметнати станици SKD11 (JIS G4404) челик за алат за ладна работа стврднат на 60–62 HRC, со TiCN (Titanium Carbonitride) PVD облога кој се нанесува на сите површини за сечење и обликување. Оваа комбинација обезбедува површинска цврстина над 3,000 HV, продолжувајќи го векот на алатот до проценет 5 милиони потези помеѓу големи реновирања - од клучно значење за програма од 2 милиони години.
Водечките столбови и чаури беа наведени во SKH51 брз челик со држачи со топчест кафез за да се обезбеди прецизност на водење во рамките на 0,003 mm низ целосниот удар на печатот.
3.3 Интеграција на прислушување во матрица
Можеби технички најамбициозниот елемент беше интегрирањето на операцијата за тапкање M6×1.0 директно во прогресивната матрица во станицата 16. Традиционалните пристапи допрете надвор од линијата користејќи посебни машини, додавајќи ги трошоците за ракување и времетраењето на циклусот. Нашиот дизајн користи a серво-управувана единица за прислушување во матрица синхронизирано со аголот на рачката на притискање, постигнувајќи 50 удари во минута брзина на допирање со автоматска евакуација на чипот. Прислушувањето во матрица елиминираше една целосна позиција на оператор и го намали трошокот за прислушување по дел од 0,09 долари на под 0,02 долари.
3.4 Валидација заснована на симулација
Пред да сече челик, трчавме:
– Формирање симулација (AutoForm R8): Потврдено разредување < 20%, формирање без набори, компензација на отскокнување од 0,8° на прирабницата од 90°
– Структурна FEA (ANSYS): Потврдени напрегања на матрицата под 980 MPa на сите критични влошки при оптоварување на печатот од 250 тони
– Кинематика на прогресија на ленти: Потврдена широчина на пилотот на секоја станица 5 минимум8 зафаќање на автомобилот.
Симулацијата пред производство ги намали физичките повторувања од 5-7 круга типични за индустријата на само 3.
4. Имплементација
4.1 Временска рамка за производство
| Фаза | Времетраење | Клучни пресвртници |
| Распоред на DFM и ленти | Недела 1–2 | Отпишан распоред потврден со симулација |
|---|---|---|
| Дизајн на матрица (3D CAD) | Недела 2–4 | Целосно склопување на SolidWorks со 478 компоненти |
| Суровина | Недела 2–3 | SKD11 блокови добиени од Hitachi Metals |
| CNC Machining & Wire EDM | Недела 4–7 | Машинска обработка со 5 оски + ЕДМ од содик жица за пробивање на материјалот (6–% чистина) |
| Склопување и клупа | Недела 7– | Склопување на гарнитури, верификација за водење на порамнување |
| Проба — Круг 1 | 8-ма недела | Почетно печатење, идентификувани 3 мали локации на бруси |
| Пробајте — Круг 2 | Недела 9 | Бурс е решен, отскокнување во рамките на толеранцијата |
| Проба - 3 круг | Недела 9 | Целосно PPAP пуштање: 300 парчиња, сите димензии во спецификации |
| Испорака и монтажа | 10-та недела | Испратено е, инсталирано на пресата 250T AIDA на клиентот |
Вкупно време на испорака од нарачка до подготвеност за масовно производство: 10 недели.
4.2 Резултати од првиот член
Третиот и последен обид произведе 96% принос при првото поминување низ примерок од 300 парчиња PPAP. Потврдена димензионална проверка на Zeiss CONTURA CMM:
– Сите 47 димензионални карактеристики во спецификацијата
– Cpk ≥ 1,67 на сите 12 карактеристики од критична до квалитет (CTQ)
– Нема мерења надвор од спецификациите низ целиот примерок
Останатите 4% неусогласеност беа ограничени на ситни површински гребнатини на врежаната мушка - решени со зголемување од 0,5 µm во завршетокот на површината со дупчење (Ra 0,1 µm → Ра 0,05 µm полирање со дијаманти).
5. Резултати
5.1 Распределба на трошоците (по парче)
| Елемент на трошоци | Пред | По | Промена |
| Суровина | $0.74 | $0.46 | ↓ 37.8% |
|---|---|---|---|
| Директна работа | $0.38 | $0.09 | ↓ 76.3% |
| Амортизација на машината | $0.28 | $0.21 | ↓ 25.0% |
| Потрошен материјал и алати | $0.15 | $0.12 | ↓ 20.0% |
| Отпад и преработка | $0.08 | $0.02 | ↓ 75.0% |
| Режисерска распределба | $0.19 | $0.25 | ↑ 31.6%* |
| Вкупно | $1.82 | $1.15 | ↓ 36.8% |
Режисерите се зголемија поради поголемата распределба на прес-тонажата; повеќе од компензирано со други заштеди.*
5.2 Метрика на перформанси
| KPI | Основна линија | Постигнато | Цел |
| Цена на единицата | $1.82 | $1.15 | $1.20 |
|---|---|---|---|
| Месечен капацитет | 80.000 парчиња | 180.000 парчиња | 160.000 парчиња |
| Процесна способност (Cpk) | 1.12 | 1.67+ | 1,33 мин |
| Искористување материјали | 68% | 92% | — |
| Внатрешна стапка на отпад | 4.7% | 0.8% | <2.0% |
| Број на оператори | 4 | 1 | — |
| Време на промена | 45 мин | 8 мин | — |
5.3 Годишни заштеди
Со 2.000.000 парчиња годишно, се префрлаат 000 парчиња годишно. 1.340.000 $ во годишно намалување на трошоците. Целосната прогресивна инвестиција (приближно 185.000 УСД вклучувајќи дизајн, материјали, обработка, обложување и проба) постигна отплата за помалку од 9 недели на производство.
6. Повратни информации од клиентите
„Работевме со повеќе партнери за алати низ Азија во текот на изминатите 15 години, а овој проект со метални печати како еден од најистакнатите досега. Пристапот за симулација значеше дека нашиот инженерски тим имал целосна доверба пред да се исече челикот, кога матрицата пристигнала, 37% ја надмина нашата почетна цел и - можеби уште поважно - стабилноста на процесот е исклучителна барања“.
— инженерски директор, европски добавувач на автомобилски нивоа 2
Името е задржано според NDA
7. Key takeaways
🔗 Видете исто така: Студија на случај за прецизно штанцување медицински уреди — Како постигнавме ±0,01 мм толеранција на нерѓосувачки челик 0,15 мм 304 за американска компанија за медицински уреди, намалувајќи го трошокот по компонента за 53%.
1. Прогресивната консолидација на матрицата не се однесува само на брзината - туку и на елиминирање на грешките. Секогаш кога некој дел се отстранува и повторно се фиксира, се воведува ризик од толеранција. Дизајнот со 18 станици елиминираше три точки за пренос, а способноста на процесот се подобри од Cpk 1,12 на 1,67+ како директен резултат.
2. Искористувањето на материјалот често е единствената најголема трошкова лост - и често е недоволно оптимизирана. Подобрувањето од 24 процентни поени во приносот на материјалот придонесе повеќе за заштеди по парче отколку за намалување на работната сила. Распоредот со повеќе редови, кога се потврдува преку симулација, може да отклучи драматични заштеди на материјал без да се загрози формабилноста.
3. Секундарните операции во матрицата (тапкање, заварување, монтажа) се технички тешки, но комерцијално се трансформираат. Единицата за серво прислушување беше најкомплексниот потсистем во матрицата, но сепак го елиминираше целиот off-line процес и оператор, обезбедувајќи 78% намалување на трошоците за прислушување.
4. Инвестицијата во симулација се исплати сама по намалено време за тестирање. Трите пробни круга наместо вообичаените за индустријата 5-7 круга заштедија приближно 12.000 долари во време на пресување, материјал и инженерски часови - приближно 3× од цената на самата симулација.
5. Изборот на челик за алат и облога мора да одговара на економијата на животниот циклус на програмата. SKD11 + TiCN се покажаа оптимални за оваа 7-годишна програма од 14 милиони парчиња. За поголеми волумени или повеќе абразивни материјали, обично би препорачале оценки за металургија во прав (на пример, серија ASP) или алтернативни премази (AlCrN за апликации со покачена температура).
Оваа студија на случај претставува вистински проект извршен од MetalStampingParts.ltd. Одредени детали за идентификација на клиентот се анонимизирани според договорите за необјавување. Сите технички податоци, бројки за трошоците и показателите за изведба се потврдени од проектната документација и ревизиите после производството.
За прашања во врска со прогресивна обработка на матрици, инженеринг за намалување на трошоците или партнерства за печат на метали со голем волумен, контактирајте со нашиот инженерски тим на MetalStampingParts.ltd.
Поврзани ресурси
- Студија на случај за намалување на трошоците за автомобилски OEM — Како прогресивната оптимизација на матрицата ги намали трошоците за 37% за автомобилски OEM.