Πόσο κάνειΧύτευση με έγχυση πλαστικούΚόστος;
Κάπου μεταξύ 3.000 και 100.000 $ για εργαλεία. Κόστος ανά-ανταλλακτικού; Οπουδήποτε από 0,10 $ έως 5,00 $. Μάλλον περίμενες ένα εύρος σαν κι αυτό, γι' αυτό ακριβώς συνεχίζεις να διαβάζεις.
Αυτό που πραγματικά έχει σημασία είναι να κατανοήσουμε πού πάνε τα χρήματα. Η ομάδα μηχανικών μας στην ABIS Mold αναφέρει έργα χύτευσης με έγχυση για πάνω από μια δεκαετία τώρα και έχουμε παρακολουθήσει τις ομάδες προμηθειών να πληρώνουν υπερβολικά κατά 40% απλώς και μόνο επειδή κανείς δεν τους εξήγησε την ταξινόμηση των καλουπιών. Έχουμε δει επίσης startups να καταναλώνουν ολόκληρους προϋπολογισμούς ανάπτυξης σε εργαλεία αλουμινίου που δεν μπορούσαν να επιβιώσουν μετά από 50.000 βολές όταν το επιχειρηματικό τους σχέδιο υπολόγιζε 500.000.
Αυτό είναι το ίδιο πλαίσιο που χρησιμοποιούν εσωτερικά οι μηχανικοί μας που παραθέτουν. Χωρίς χνούδι, χωρίς περιστροφές μάρκετινγκ.
Τι πραγματικά αναπληρώνει το κόστος
Κάθε χυτευμένο εξάρτημα φέρει τέσσερα στοιχεία κόστους: εργαλεία, υλικό, επεξεργασία και δευτερεύουσες λειτουργίες. Η αναλογία μεταξύ αυτών των μετατοπίσεων αλλάζει δραματικά ανάλογα με τον όγκο. Στις 1.000 μονάδες, τα εργαλεία μπορεί να καταναλώσουν το 80% του προϋπολογισμού σας. Κλιμακώστε σε ένα εκατομμύριο μονάδες και η ίδια επένδυση εργαλείων πέφτει κάτω από το 5% του κόστους ανά-ανταλλακτικού.
Ο τύπος που χρησιμοποιούμε για τον υπολογισμό της τιμής ανταλλακτικού μοιάζει με αυτό:
Τιμή ανταλλακτικού=Κόστος υλικού + Κόστος επεξεργασίας + Επεξεργασία επιφάνειας + Συσκευασία + Μεταφορά + Γενικά έξοδα διαχείρισης
Ο υπολογισμός του κόστους υλικού απαιτεί μεγαλύτερη ακρίβεια από ό,τι αντιλαμβάνονται οι περισσότεροι αγοραστές:
Κόστος υλικού=[(Μέρος Βάρος) + (Βάρος δρομέων ÷ Πλήθος κοιλοτήτων) × (1 – Επανάψυξη %)] × Τιμή υλικού × (1 + Ποσοστό απώλειας)
Πάρτε ένα εξάρτημα ABS 3,5 g με βάρος δρομέα 2 g, καλούπι 4 κοιλοτήτων, 10% περιθώριο άλεσης, 0,5% ποσοστό απώλειας, υλικό στα 1,90 $/kg. Αυτό είναι περίπου 0,007 $ ανά εξάρτημα μόνο για τη ρητίνη. Πολλαπλασιάστε το με μερικά εκατομμύρια μονάδες και ξαφνικά η βελτιστοποίηση υλικού γίνεται πολύ ενδιαφέρουσα.
Επένδυση εργαλείων
Εδώ ξεκινούν οι περισσότερες συζητήσεις, και ειλικρινά, εκεί γίνονται τα πιο ακριβά λάθη.
| Κατηγορία καλουπιών | Εύρος κόστους | Shot Life | Πότε να χρησιμοποιήσετε |
|---|---|---|---|
| τρισδιάστατο-τυπωμένο πρωτότυπο | $100 – $500 | Κάτω από 500 | Μόνο επικύρωση σχεδίου |
| Μονή κοιλότητα-αλουμινίου | $1,000 – $5,000 | 50K – 100K | Παραγωγή γέφυρας |
| Πολυ-κοιλότητα αλουμινίου | $3,000 – $15,000 | 100K – 150K | Μεσαίες διαδρομές |
| χάλυβας P20 | $10,000 – $25,000 | 500K+ | Τυποποιημένη παραγωγή |
| Σκληρυμένος χάλυβας πολλαπλών-κοιλοτήτων | $25,000 – $80,000 | 1M+ | Υψηλή ένταση |
| Σύνθετη αυτοκινητοβιομηχανία/ιατρική | $50,000 – $150,000+ | 1M+ | Απαιτητικές προδιαγραφές |
Πού πηγαίνουν πραγματικά τα χρήματα μέσα σε ένα καλούπι; Περίπου τα μισά πηγαίνουν στη μηχανική κατεργασία. Ώρα CNC, εργασία EDM, κάτι τέτοιο. Το απόθεμα χάλυβα ή αλουμινίου είναι 15-30% ανάλογα με την ποιότητα. Ο σχεδιασμός και η μηχανική χρειάζονται άλλο 10-15%, με τη συναρμολόγηση και το γυάλισμα να καταναλώνουν ό,τι απομένει.
Αυτή η κατανομή εξηγεί κάτι σημαντικό: οι μονάδες γεωμετρικής πολυπλοκότητας κοστίζουν περισσότερο από το φυσικό μέγεθος. Έχουμε αναφέρει συμπαγή εξαρτήματα με περίπλοκα χαρακτηριστικά και πολλαπλές πλευρικές ενέργειες που κοστίζουν περισσότερο από τα καλούπια διπλάσια από τις φυσικές τους διαστάσεις. Έρευνα από το UMass Amherst πραγματικά ποσοτικοποίησε αυτή τη σχέση, βρίσκοντας ότι κάθε πρόσθετη διάσταση πολυπλοκότητας προσθέτει περίπου 45 $ στο κόστος εργαλείων, ενώ ο όγκος φακέλου συνεισφέρει λιγότερο από ένα δολάριο ανά κυβικό εκατοστό (xometry.com).
The Offshore Tooling Question
Οι πελάτες ρωτούν για την Κίνα εργαλείων συνεχώς. Οι αριθμοί φαίνονται ελκυστικοί στο χαρτί. Τα κινεζικά καλούπια λειτουργούν συνήθως 40-50% φθηνότερα από τα αντίστοιχα της Βόρειας Αμερικής. Οι χρόνοι παράδοσης συχνά έρχονται επίσης 50% πιο γρήγορα.
Αλλά να τι χάνει η σύγκριση υπολογιστικών φύλλων.
Συνεργαστήκαμε με μια εταιρεία ιατρικών συσκευών πέρυσι που βγήκε εκτός θαλάσσης για να εξοικονομήσει 37.000 $ σε μια προσφορά καλουπιού. Η εγχώρια τιμή ήταν 49.000 $. Η κινεζική τιμή έφτασε στα 12.000 $. Έμοιαζε σαν να-αποφασισμένος. Δεκαοκτώ μήνες αργότερα, είχαν ξοδέψει συνολικά 98.500 $ μεταξύ-αστοχιών πρώτου άρθρου, επισκευών εργαλείων, έκτακτων μεταφορών παραγωγής και εκ νέου επεξεργασίας. Η τεκμηριωμένη ανάλυση: 15.000 $ σε αποτυχημένα δείγματα, 12.500 $ για επισκευές, 5.000 $ έκτακτης ανάγκης εγχώριας παραγωγής για την τήρηση των προθεσμιών πελατών, άλλα 5 $,000+ σε εργασία για επανεπεξεργασία (crescentind.com).
Τα καλούπια αμερικανικής κατασκευής-διαρκούν συνήθως 2-3 φορές περισσότερο από τα κινεζικά αντίστοιχα. Αυτό δεν μιλάει για εθνικισμό, μόνο μεταλλουργία και έλεγχο διεργασιών. Οι κορυφαίες κινεζικές καλουπιάδες παράγουν απολύτως εξαιρετική δουλειά, αλλά η απόκλιση είναι μεγαλύτερη. Για αποδεδειγμένα σχέδια με καθιερωμένα παράθυρα επεξεργασίας, η offshore έχει νόημα. Για την ανάπτυξη νέου προϊόντος ή τις αυστηρές απαιτήσεις ελέγχου της διαδικασίας, τα οικιακά εργαλεία συχνά προσφέρουν χαμηλότερο συνολικό κόστος προγράμματος παρά το σοκ με αυτοκόλλητο.
Κάτι ακόμα που αξίζει να γνωρίζετε: να ζητάτε πάντα βίντεο της πρώτης παραγωγής, όχι μόνο δείγματα εξαρτημάτων. Ένα σύνολο τελικών δειγμάτων που αποστέλλονται στο γραφείο σας δεν σας λέει τίποτα σχετικά με το εάν το καλούπι εκτοξεύεται αξιόπιστα ή απαιτεί χειροκίνητη παρέμβαση. Οι Κινέζοι κατασκευαστές βρίσκουν μερικές φορές αποδεκτό το χειροποίητο καλούπωμα. Εάν το σχέδιο παραγωγής σας προϋποθέτει αυτοματοποιημένη λειτουργία, πρέπει να το επαληθεύσετε εκ των προτέρων.
Τέλη επεξεργασίας
Η τιμολόγηση του χρόνου μηχανής στη χύτευση με έγχυση είναι εκπληκτικά διαφανής σε σύγκριση με άλλες διαδικασίες παραγωγής. Τα πιεστήρια χρεώνονται ωριαία με βάση την χωρητικότητα και το κόστος ανά-ανταλλακτικό σας είναι αυτή η τιμή διαιρούμενη με μέρη-ανά{3}}ώρα απόδοσης.
| Πατήστε Μέγεθος | USD/ώρα | CNY/ώρα |
|---|---|---|
| 50 – 80 τόνοι | $35 – $50 | ¥250 – ¥350 |
| 100 – 150 τόνοι | $50 – $80 | ¥350 – ¥550 |
| 150 – 200 τόνοι | $70 – $110 | ¥500 – ¥750 |
| 200 – 300 τόνοι | $100 – $160 | ¥700 – ¥1,100 |
| 350 – 500 τόνοι | $150 – $250 | ¥1,000 – ¥1,750 |
Τα μαθηματικά είναι ξεκάθαρα:
Κόστος επεξεργασίας=(Χρόνος κύκλου ÷ Μέτρηση κοιλότητας) × (Ωριαία ταχύτητα ÷ 3.600)
Ένα εργαλείο 4 κοιλοτήτων που εκτελεί κύκλους 20 δευτερολέπτων σε πρέσα 150 τόνων με 80 $/ώρα σας δίνει περίπου 0,11 $ ανά εξάρτημα μόνο για επεξεργασία.
Ο χρόνος κύκλου εξαρτάται κυρίως από το πάχος του τοιχώματος. Υπάρχει ένας εμπειρικός κανόνας του κλάδου που λειτουργεί αρκετά καλά για εκτιμήσεις:
Χρόνος κύκλου ≈ 4 × (Πάχος τοιχώματος σε mm)² × Συντελεστής απόδοσης
Οι συντελεστές απόδοσης κυμαίνονται από 1,0 για πλήρως αυτοματοποιημένα συστήματα ζεστού δρομέα έως 2,25 για ημι-αυτοματοποιημένες ρυθμίσεις ψυχρού δρομέα με χειροκίνητη αφαίρεση εξαρτημάτων. Η βελτιστοποίηση του πραγματικού{4}}κόσμου συνήθως προσγειώνεται κάπου μεταξύ των θεωρητικών ελάχιστων και των συντηρητικών εκτιμήσεων. Συνήθως χρησιμοποιούμε 45 δευτερόλεπτα ως αρχική γραμμή βάσης για άγνωστες γεωμετρίες και, στη συνέχεια, κάνουμε πιο συγκεκριμένη όταν έχουμε πραγματικά δεδομένα επεξεργασίας.
Κάτι που συχνά χάνει οι ομάδες προμηθειών: το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνεται γρήγορα στις εργασίες χύτευσης. Ένας βετεράνος στα φόρουμ του Practical Machinist το είπε ξεκάθαρα: «Χρησιμοποιεί περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια σε ένα μήνα από ό,τι χρησιμοποιεί το νοικοκυριό μας σε 100 χρόνια». Θερμοσίφωνες πρέσας, υδραυλικές αντλίες, ψυκτικά συγκροτήματα, βοηθητικός εξοπλισμός. Μια λειτουργία χύτευσης μεσαίου μεγέθους μπορεί να καταναλώσει ενέργεια ισοδύναμη με 100+ τυπικά νοικοκυριά. Οι ηλεκτρικές πρέσες με σερβοκίνητο{7}}μειώνουν την κατανάλωση κατά 20-80%, κάτι που έχει μεγαλύτερη σημασία από ό,τι αντιλαμβάνονται οι περισσότεροι αγοραστές όταν επικεντρώνονται αποκλειστικά στην τιμή του τεμαχίου.
Υλικά
| Ρητίνη | $/κιλό | Κοινές Χρήσεις |
|---|---|---|
| PP | $1.00 – $2.00 | Συσκευασία, εσωτερικό αυτοκινήτων |
| ABS | $1.50 – $3.00 | Ηλεκτρονικά περιβλήματα, τελειώματα |
| Η/Υ | $2.50 – $4.00 | Οπτικά μέρη, περιβλήματα κρούσης |
| Nylon PA6/PA66 | $3.00 – $5.00 | Δομικό, κάτω από-κουκούλα |
| POM | $3.00 – $5.00 | Γρανάζια, εξαρτήματα ακριβείας |
| Βαθμοί-γεμάτοι με ποτήρι | +30% – +50% | Ακαμψία, σταθερότητα |
| Επιβραδυντικό φλόγας{{0} (UL94 V-0) | +20% – +40% | Συμμόρφωση με τα ηλεκτρονικά |
| Ιατρικό PEEK | $120 – $180 | Εμφυτεύσιμα |
Το υλικό αντιπροσωπεύει το 50-80% του κόστους ανταλλακτικών σε μεγάλους όγκους. Αυτή η αναλογία είναι ο λόγος για τον οποίο οι προσπάθειες του DFM που επικεντρώνονται στο πάχος του τοίχου αποδίδουν τόσο μεγάλες αποδόσεις. Ένας πελάτης συσκευασίας που δουλέψαμε με μείωση της κατανάλωσης ρητίνης 20% επανασχεδιάζοντας από τοίχους 2,5 mm σε 1,0 mm. Απαιτούσε αναβαθμισμένα εργαλεία, αλλά η απόσβεση ήρθε μέσα στο πρώτο έτος παραγωγής.
Πώς μεταβάλλεται το κόστος με τον όγκο
| Τόμος | Τύπος εργαλείων | Ακατέργαστο κόστος ανταλλακτικών | Όπου πάνε τα χρήματα |
|---|---|---|---|
| 100 – 500 | Μαλακό/τυπωμένο | $3.00 – $10.00 | 70%+ εργαλεία |
| 1K – 5K | Αλουμίνιο | $1.50 – $4.00 | 40-50% εργαλεία |
| 10K – 50K | χάλυβας P20 | $0.80 – $2.00 | 20-30% εργαλεία |
| 100K – 500K | Σκληρυμένος χάλυβας | $0.30 – $1.00 | 10-15% εργαλεία |
| 1M+ | Πολλαπλής-κοιλότητας σκλήρυνση | $0.10 – $0.50 | Κάτω από 5% εργαλεία |
Το σημείο διασταύρωσης όπου η χύτευση με έγχυση ξεπερνά την τρισδιάστατη εκτύπωση ποικίλλει ανάλογα με τη γεωμετρία, αλλά γενικά κυμαίνεται μεταξύ 250 και 2.000 μονάδων. Στα 10.000 μέρη, η χύτευση είναι συνήθως 5 φορές φθηνότερη από το πρόσθετο για ισοδύναμα σχήματα.
Τα οικονομικά στοιχεία πολλαπλών-κοιλοτήτων αξίζουν προσοχή. Η μετάβαση από 2-κοιλότητα σε 8-κοιλότητα μπορεί να μειώσει το κόστος ανά εξάρτημα κατά 75% ενώ αυξάνει μόνο την επένδυση εργαλείου κατά 50-70%. Η Midgard Inc. κατέγραψε τα αποτελέσματα αυτοματισμού της με συνεργατικά ρομπότ σε πρέσες έγχυσης: ROI πέτυχε σε περίπου 1.500 ώρες λειτουργίας, τα ποσοστά σκραπ μειώθηκαν από 10% σε 1-2% και διαχειρίστηκαν «διπλάσια επιχείρηση με λιγότερο από το μισό ανθρώπινο δυναμικό» (universal-robots.com).
Κλάδος-Ειδικά ασφάλιστρα
Η κατασκευή ιατρικών συσκευών προσθέτει 25-100% κόστος σε σχέση με ισοδύναμα βιομηχανικά εξαρτήματα. Μόνο η πιστοποίηση ISO 13485 απαιτεί εφαρμογή 20.000-60.000$. Τα περιβάλλοντα Cleanroom κοστίζουν $200-$1.500 ανά τετραγωνικό πόδι για την κατασκευή. Η δοκιμή βιοσυμβατότητας (ISO 10993) προσθέτει $3.100-$8.000 ανά παραλλαγή συσκευής.
Η Automotive απαιτεί πιστοποίηση IATF 16949 στα 20.000 $-62.500 $ κόστος υλοποίησης, συν τα γενικά έξοδα συνεχούς ελέγχου. Οι στόχοι ποιότητας απαιτούν συνήθως OEE πάνω από 85%, ποσοστά ελαττωμάτων κάτω από 50 ppm και τιμές Cpk 1,67 ελάχιστες για νέες διεργασίες. Αλλά οι όγκοι των αυτοκινήτων δικαιολογούν την επένδυση εργαλείων. Σε πολλά{12}}εκατομμύρια ετήσιους τόμους, το κόστος ανά ανταλλακτικό πέφτει σε 0,08-0,20 $.
Το κόστος των ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης καθορίζεται από τις ανοχές και τα καλλυντικά. Η τυπική ανοχή (±0,1 mm) είναι η βασική τιμή. Η μετάβαση σε λεπτή ανοχή (±0,025 mm) τριπλασιάζει περίπου το κόστος εργαλείων. Τα φινιρίσματα επιφανειών SPI A1 με υψηλή-γυαλάδα λειτουργούν 40-60% περισσότερο από τις ματ υφές κατηγορίας D.
Κόστος που αιχμαλωτίζει τους ανθρώπους
Οι μεταφορές καλουπιών μεταξύ κατασκευαστών εταίρων σπάνια κοστίζουν λιγότερο από 5.000 $-15.000 $ εφόσον λάβετε υπόψη την επανεπικύρωση της διαδικασίας και τις τροποποιήσεις. Ένας συνεργάτης του φόρουμ του Eng-Tips συνόψισε την πραγματικότητα: "Η μετακίνηση των εργαλείων ΕΙΝΑΙ ένας εφιάλτης, όχι μόνο για τους αγοραστές, αλλά και για τους μηχανικούς. Οι διαχειριστές εφοδιαστικής αλυσίδας πιστεύουν ότι δεν είναι κάτι σπουδαίο, αλλά είναι πολύ καλοί στο να ξεχύνονται από το blamefest που προκύπτει όταν ένα εργαλείο μετακινείται για να εξοικονομήσει μερικές δεκάρες και τη νέα ζήτηση χιλιάδων δολαρίων."
Οι χρεώσεις εγκατάστασης για τις επόμενες σειρές παραγωγής συνήθως φτάνουν τα 250 $-750 $ ανά παραγγελία. Αλλαγή υλικού, προετοιμασία μηχανής, πρώτη-επιθεώρηση αντικειμένου. Σε προγράμματα υψηλής μίξης με συχνές αλλαγές, το κόστος εγκατάστασης μπορεί στην πραγματικότητα να υπερβαίνει το κόστος υλικών για μικρότερες παρτίδες.
Οι ποινές αλλαγής χρώματος βλάπτουν περισσότερο από το αναμενόμενο. Οι μεταβάσεις από σκοτάδι-σε-φωτεινό απαιτούν σημαντικό καθαρισμό. Υπολογίστε 2-4 ώρες χαμένου χρόνου μηχανής, μερικές φορές περισσότερο.
Προϋπολογισμός 3-5% για απορρίψεις σε τυπικά εξαρτήματα. Υψηλότερο για αυστηρή ανοχή ή καλλυντικές εργασίες. Αυτός ο παράγοντας σκραπ εμφανίζεται σπάνια στα αρχικά εισαγωγικά, αλλά επηρεάζει άμεσα την κατανάλωση υλικού.
Τι χρειαζόμαστε για μια ακριβή προσφορά
- Αρχεία 3D CAD σε μορφή STEP ή IGESας αναλύσουμε σωστά τη γεωμετρία. Γωνίες σχεδίασης, υποτομές, χαρακτηριστικά πολυπλοκότητας. Η παράθεση από δισδιάστατα σχέδια και μόνο εισάγει διακύμανση 20-30% επειδή διαφορετικοί μηχανικοί ερμηνεύουν διαφορετικά τις διφορούμενες απόψεις.
- Προδιαγραφές υλικούέχει σημασία πέρα από τον τύπο ρητίνης. Ο βαθμός, το χρώμα, οι κανονιστικές απαιτήσεις όπως η συμμόρφωση του FDA ή οι βαθμολογίες φλόγας UL επηρεάζουν όλες τις παραμέτρους επεξεργασίας και τη δομή του κόστους.
- Ετήσιες προβολές όγκου και συχνότητα παραγγελιώνπροσδιορίζει τα επίπεδα επένδυσης εργαλείων. Ένας πελάτης που αναμένει 10.000 εξαρτήματα ετησίως σε τριμηνιαίες παρτίδες χρειάζεται διαφορετικά εργαλεία από έναν πελάτη που περιμένει 100.000 εξαρτήματα σε μία μόνο ετήσια λειτουργία.
- Απαιτήσεις φινιρίσματος επιφάνειας και ανοχήςοδηγούν την πολυπλοκότητα των εργαλείων απευθείας. Το ίδιο ισχύει και για τις δευτερεύουσες λειτουργίες. Συναρμολόγηση, εκτύπωση, επιμετάλλωση, βαφή. Καθορίστε τα εκ των προτέρων αντί να τα ανακαλύψετε στο μέσο-προγράμματος.
Όταν συγκρίνετε πολλαπλές προσφορές προμηθευτών, ζητήστε αναλυτικές αναλύσεις. Εργαλεία, υλικό, επεξεργασία, γενικά ως ξεχωριστές γραμμές. Η ομαδική τιμολόγηση καθιστά τη βελτιστοποίηση δύσκολη και τη σύγκριση προμηθευτών σχεδόν αδύνατη.
Τελικές Σκέψεις
Το ζήτημα του κόστους χύτευσης με έγχυση καταλήγει τελικά στη συστηματική ανάλυση εργαλείων, υλικών, απόδοσης επεξεργασίας και γενικών εξόδων προγράμματος. Όλα σε αυτό το άρθρο αντικατοπτρίζουν τη μεθοδολογία που χρησιμοποιούμε πραγματικά για προσφορές πελατών. Τίποτα θεωρητικό.
Για προγράμματα που χρειάζονται λεπτομερή ανάλυση κόστους ή ανταγωνιστική προσφορά, είμαστε στην ευχάριστη θέση να εξετάσουμε τις απαιτήσεις. Τα σύνθετα-σχεδίαση πολλαπλών κοιλοτήτων και τα εξαρτήματα σφιχτής-ανοχής είναι ιδιαίτερα πλεονεκτήματα εδώ στο ABIS Mould, ειδικά σε εφαρμογές όπου η βελτιστοποίηση κόστους και η διασφάλιση ποιότητας πρέπει να συνυπάρχουν.
Αξίζει να θυμάστε: η πιο ακριβή απόφαση χύτευσης με έγχυση δεν είναι σχεδόν ποτέ η υψηλότερη τιμή. Είναι ανεπαρκές εργαλείο που αποτυγχάνει στις 200.000 λήψεις όταν το πρόγραμμά σας απαιτούσε 2.000.000. Ή το υπεράκτιο καλούπι που εμφανίζεται ανίκανο να κρατήσει σταθερότητα διαστάσεων.
Καλύτερα να επενδύσετε κατάλληλα εκ των προτέρων παρά να διασώσετε ένα προβληματικό πρόγραμμα αργότερα.
Επικοινωνήστε με την ABIS Mold engineering για έλεγχο του έργου