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数冲加工与激光切割的怎么做出更好的选择呢?

来源:本站2020-09-28 10:16:50

  数冲加工与激光切割的怎么做出更好的选择呢?

  关于不锈钢板材切割加工和数冲加工大家并不陌生,今天就来说说这两者怎么选择呢?

  当钣金加工企业刚刚接到新的生产项目准备投资时,就会面临这样的抉择,到底应该买一台激光切割设备呢,还是买一台数控冲床呢?

  众所周知,在如今的金属板材加工行业,似乎有着一万条理由推动着钣金加工企业去投资激光切割机。此外,随着代加工业务的日益蓬勃发展,很多企业可能开始考虑将外协加工业务逐步收回,并同时计划进军新的业务领域。

  如果此时企业恰好接到一批品种特别多的大订单,那么,作为企业的决策者,您是否有过这样一丝犹豫:到底哪些选择条件才是投资评估时的重要参数?此外,在正式签约前,又该如何判断自己在这方面做出了正确的决定呢?

  以成本和生产流程为准绳

  近两年来,市场上有一种观念在不断被传播,其影响也在不断扩大:“数冲加工时代已经过去,激光切割才是金属板材加工行业的未来和福音。”可是,在一个资深钣金工程师看来,这句话明显过于极端和浮躁了。

  在任何时候,一个合格的钣金加工制造商,需要将不同的加工设备进行合适的组合和分配,从而在车间内制定出最精益的材料流,以尽可能低的成本,生产出品质最稳定的钣金零件。爱因斯坦曾有一句名言:“在这个世界上,能够以最简单的方法有效完成生产任务的机器,才是最完美的机器。”在这里,我们也可以借用这句话,“在这个世界上,能够以最简洁和低成本的方式最快、最稳定地完成生产任务的流程,才是最完美的流程”。

  因此,当一个有经验的钣金加工企业管理者在进行生产规划和投资时,他会将电力成本、消耗品成本以及维护保养成本一一列入到小时成本中去,再辅以对生产灵活性和稳定性的考量之后,他一定会在上述的流行观念和实际的评估结果之间,做出其应有的理性判断和决定。

  Mr. Peter Visser,美国MATE精密模具有限公司的资深应用咨询专家,拥有超过25年的行业经验,访问过超千家的钣金加工企业。在他的职业生涯中所参与的最大的成本控制项目,就是帮助一家世界知名的制造商,针对不同的工艺流程和加工要求,选择合适的数冲设备和激光设备,从而替企业节省了海量的加工成本。

  在Mr. Peter Visser的职业生涯中,看见过太多次客户直接来一句“这批活交给激光加工”,却从未意识到不同工艺会对整个制造过程产生不同的影响,也没考虑过不当的工艺所导致的后续加工瓶颈。有时候,客户会将厚板采用数冲方式来加工,却把薄板用激光来加工。实际上,将两者调换才是更合适的选择。

  又譬如,在建筑设计领域和暖通工程领域,我们会用海量的群孔实现设计或通风功能。可是,有很多客户想当然地用激光切割机去加工,导致了极慢的加工速度和极高的生产成本。

  为了让读者更好地理解其中的差异,我们举一个例子:在一张1.5mm厚的钢板上加工1000个直径为12.7mm的圆孔,如果采用一个12孔的群孔模进行数冲加工,那么它所需要的加工用时不到激光加工用时的1/4。这也就意味着,如果客户接到一个大订单,那么将不得不投资4~5台激光切割机才能满足等同于1台数冲设备的产能。

  另外一个极其重要但又常常被人忽略的关键点是:使用数冲设备可以有效避免整个生产流程中,由于激光加工的局限性所衍生的二次加工问题(图1),从而提高产品的全局生产效率。

  很多只配备激光切割机的车间,必须要在其他加工设备上完成后续百叶窗、凸包、沉孔以及其他一些可以显著提高板材零部件附加值的成形工艺。因此,车间又不得不投资更多的人力物力、车间面积以及越来越多的二次加工设备。有时,这些衍生出来的二次加工会占用数千工作小时,由此增加了很大一部分隐形生产成本。

  图1 数冲可避免的二次加工

  Mr. Peter Visser通过分析和计算发现,这些厂家其实完全可以采购一台新的(或者二手的)数冲设备,从而可以节约成百上千小时的宝贵加工时间,显著降低其运营成本,并获得更高的投入产出比。简而言之,企业将获得更高的利润。

  运用边界条件选择

  下面,通过Mr. Peter Visser亲历的一个经典成功案例,来帮助大家进一步理解,按照边界条件正确选择加工设备的重要性。

  他有一个客户是电控柜的生产企业,车间有一台激光切割机,每年花费大约100万美金用于在二次加工阶段点焊半成品柜体。当年,这家企业在评估采购这台激光切割机时,相关设备供应商对数冲设备的生产可能性只字不提,相信这种场景大家也会经常遇见。因为从图纸来分析,他们的产品平整且简单,连边角倒角工艺都不需要,没有任何成形要求,从任何技术角度来讲,都是激光切割设备的理想客户和使用者。

  当Mr. Peter Visser由于激光耗材和折弯模具的业务拜访这家企业时,该企业的生产经理正在向企业老板抱怨点焊的技术瓶颈,以及由此带来的额外成本。当所有人陷入沉默时,Mr. Peter Visser插了一句话,“不知道诸位有没有考虑过数冲加工的前道工艺?”而令他吃惊的是,设备供应商从始至终都没有和该企业谈论过任何有关数冲加工的可能性,当然也从未比较过数冲加工和激光加工对于整体流程的优缺点。

  在简短地介绍完数冲加工工艺后,Mr. Peter Visser在一位数冲用户处召开了技术研讨会,进一步研讨了数冲设备上的各类加工工艺。在会议上,大家达成了共识,尽管激光加工从单道工序的角度来讲,对该厂的下料产品非常合适,但是一旦将视野扩大到整个加工流程时,反而是数冲设备更能避免衍生出各种二次加工,而点焊只是其中之一而已。基于这个思路,如果用数冲设备取代激光加工,反而可以节约出海量的二次加工成本。

  在此次会议之后的5个月之内,该客户迅速采购了一台数冲设备,而在接下来的一年之中,就为公司节省了超过100万美金的衍生加工成本。按照这个节奏,公司财务部门推断,在未来10年中,公司将节约近1500万美金。基于这个结论,公司很快在第二年又添置了一台功能更强大的数冲设备。

  影响投资的其他因素

  还有一个影响投资的重要因素是首次投资成本。一般而言,一台数冲设备的价格大约是一台激光设备的一半。如果保养得当,设备的使用寿命及其二手市场残值,都远高于激光设备。此外,数冲设备维护保养的工作用时和相应的停机时间,甚至占地面积,通常也远少于激光设备。因此,对于一个尚处于起步阶段的小型加工厂而言,首先考虑的往往应该是采购数冲设备,而不应该是看似容易上手的激光设备,从而保证该厂的低预算和高稳定性,大大降低其在早期创业阶段的技术和成本风险。

  由于Mr. Peter Visser也曾参与过激光切割机的采购,他知道,一般情况下,激光切割机的销售人员都会向客户介绍,激光加工的消耗成本正在越来越低,甚至可以低于数冲加工。部分激光切割机的销售人员甚至还会误导客户并宣称,数冲模具是一笔巨大的开支(图2),会将数冲加工的整体成本抬高到一个令人咋舌的地步。

  图2 很多制造商误认为冲压模具提高了投资成本

  但事实是,按照我们的经验数据,每台数冲设备每年所消耗的模具开支,哪怕考虑上一些特殊成形工艺,也就1万多美金而已。而激光切割消耗的隐形成本,则远不止这些,譬如:

  ⑴用于供给二氧化碳激光源的氦气;

  ⑵用于切割加工时消耗的氮气、氧气、压缩空气、聚焦镜、喷嘴;

  ⑶用于传导二氧化碳激光光束的各种光学镜片;

  ⑷用于传输测量信号的各种传感器线缆;

  ⑸用于防止光纤激光加工过程中飞溅的保护镜;

  ⑹用于清洗齿条、去除熔渣和碎屑的工作用时;

  ⑺其他大量的均可归类为激光加工消耗成本的各类服务项目和维护保养工作。

  实际上,只需要考虑上述的某几个因素,就足以支持我们的观点:在激光切割加工工艺上,客户所花费的总加工成本,依然远远高于数冲加工。而非某些销售人员所号称的那样,运营成本已下降到让人神往的地步。

  另外一个争议点是有关模具的交货期。毋庸置疑,在打样和快速组织生产方面,激光加工比数冲快很多。但是很多读者早已知道,通过过去二十多年来不断的精益化改造,很多模具制造商大大缩短了模具的交期。

  大量标准模具的交期甚至缩短到了当天发货。对于MATE的海外客户而言,订单下达后的两到三天内,模具实际已经到达相应地区的空港,很多情况下,客户当地繁冗的海关通关程序才是阻碍模具交货的最大障碍,而非模具制造本身。

  对于MATE的广大北美地区和欧洲地区用户来说,快速的模具交期,各类异形模具,再加上实体落料的加工能力,已经足以秒杀激光切割机提前抢跑的那一两天时间了。

  还有一个值得考虑的要素是:按照不同切割气体和设备的切割质量,部分激光切割完成后零部件内孔会有大量的挂渣,是不适宜喷粉或喷漆的。在这种情况下,客户要么投资一台去毛刺设备,要么组织若干人手进行后续衍生的去毛刺加工。

  当然,数冲也会产生毛刺,但是在产品外形合适的情况下,数冲设备同时还可以完成大尺寸孔洞的的滚珠去毛刺加工,完全/部分替代大量的去毛刺加工。同样,攻丝、实体落料、成形、抽芽等,都是可以在数冲设备上通过一次装夹完成加工的,如图3所示。

  图3 一次冲压加工可生成加强筋和装饰珠

  理性抉择

  需要强调的是,本文并不是想引导客户舍弃激光加工,完全采用数冲加工,希望读者不要误解。我们都知道,激光是一项高科技的加工技术,可以完成很多数冲工艺所不能完成的加工,譬如激光焊接、管材切割、激光打标等。随着激光技术的不断进步,针对合适厚度和板材类型的加工而言,激光设备绝对值得购买和使用。

  本文的主旨在于,希望客户在汹涌的激光采购热潮中,保持理性的制造思维,考查自身的经济实力、客户的加工要求、采用的板材类型以及整个工厂的加工流程,选择合适的加工工艺,而不要邯郸学步,以免东施效颦。

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