Tolerancje klasy laserowej: projektanci mogą umieścić je w specyfikacji, jeśli jednak nie są naprawdę potrzebne, będą jedynie kosztować Cię pieniądze!

Mimo że zarówno laser, jak i plazma, tną metale w procesach cieplnych, różnią się od siebie pod wieloma względami. Niezależnie od typu — laser CO₂ lub światłowodowy — laser wykorzystuje intensywną, spójną wiązkę światła monochromatycznego powstałą w wyniku wymuszonej emisji promieniowania elektromagnetycznego. Jedną z zalet skupionej wiązki światła jest to, że umożliwia ona cięcie przy niezwykle wąskich zakresach tolerancji. Taki proces charakteryzuje się niższą zmiennością. Zasadniczo w przypadku lasera wartości tolerancji wymiarowych ciętych części mogą mieścić się w zakresie do 0,25 mm*. Z drugiej jednak strony plazma wykorzystuje wzbudzony gaz doprowadzony do stanu jonizacji w celu utworzenia wysokoskoncentrowanego łuku, który skupia energię w wyjątkowo wysokiej temperaturze. W efekcie tolerancje cięcia części z zastosowaniem systemów cięcia plazmą X-Definition^® wynoszą około 0,5 mm*.

Decydując o docelowej tolerancji cięcia i specyfikacji procesu produkcji, należy brać pod uwagę koszt wynikający z określenia zbyt ścisłych wymogów. Opisane wyżej różnice tolerancji cięcia laserem i plazmą można porównać do grubości standardowej wizytówki! Dlatego przed zażyczeniem sobie „jakości laserowej” lub nakłonieniem do przejścia na systemy cięcia laserem i do modernizacji sprzętu w ramach dopasowania do nowej specyfikacji roboczej warto zadać sobie pytanie: „Czy naprawdę jest mi potrzebna aż tak wąska tolerancja cięcia produkowanych części?”

Ukryte koszty wąskiego zakresu tolerancji

Zwykle wąskie zakresy tolerancji wymiarowych generują dodatkowe koszty eksploatacyjne i produkcyjne. Jeśli kształt, pasowanie lub funkcja produkowanych części nie wymagają tak naprawdę wysokiej dokładności cięcia, te bardziej surowe specyfikacje wprowadzają do działalności nieuzasadnione koszty, które mogą przekładać się na zmniejszenie zysków, pogorszenie pozycji wśród konkurencji albo na jedno i drugie!

Wdrożenie węższych niż potrzebne zakresów tolerancji może skutkować zwiększeniem kosztów działalności:

• Wysoki koszt zakupu urządzeń niezbędnych do zapewnienia wąskiego zakresu tolerancji. Porównując zakup urządzeń laserowych z systemem plazmowym X-Definition, XPR™, różnica w inwestycji może wynosić setki tysięcy dolarów. Znaczne inwestycje wpływają na wyniki finansowe firmy i koszty amortyzacji.
• Koszty urządzeń kontrolnych. Węższe zakresy tolerancji wiążą się zwykle z wyższymi kosztami sprzętu do weryfikacji. Jeśli dokładność cięcia można zmierzyć za pomocą taśmy mierniczej lub bez specjalistycznych urządzeń pomiarowych, koszty są minimalne. Jeśli jednak do pomiaru tolerancji cięcia wymagane jest zastosowanie zaawansowanych narzędzi pomiarowych, takich jak współrzędnościowa maszyna pomiarowa (WMP), koszt inwestycji może wynieść nawet 120 tys. USD. Co gorsze, jeśli zadanych tolerancji nie da się dokładnie zmierzyć, być może inwestycja w dokładniejsze urządzenia to pieniądze wydane na coś, czego tak naprawdę nie uda nam się uzyskać.
• Częstość pomiarów i szkolenia związane z przeprowadzaniem pomiarów. Zasadniczo, im bardziej rygorystyczne normy dotyczące tolerancji, tym częstsze pomiary kontrolne i więcej szkoleń związanych z obsługą urządzeń pomiarowych. Posługując się wcześniejszym przykładem, koszt wyszkolenia i wynagrodzenia pracownika przeprowadzającego pomiary tolerancji za pomocą taśmy mierniczej znacznie różni się od kosztu w przypadku pracownika obsługującego maszyny współrzędnościowe (WMP).
• Odpady. Wzrost kosztów operacyjnych jest też związany z produkcją odpadów. Proces cięcia musi oferować potwierdzoną możliwość zapewnienia ustalonych wartości tolerancji. Jeśli taka możliwość jest na pograniczu lub jeśli jakość cięcia ulega z czasem pogorszeniu, można się liczyć ze zwiększeniem ilości produkowanych odpadów.
• Problemy z łańcuchem dostaw. Definiowanie węższych zakresów tolerancji może również ograniczyć zdolność do podzlecania produkcji lub znalezienia kompetentnych dostawców. Może więc dojść do ograniczenia konkurencji między dostawcami, a to z kolei może przełożyć się na wyższą cenę dla odbiorcy.
• Zmniejszona wydajność. Zastosowanie węższych zakresów tolerancji może wiązać się z koniecznością zmniejszenia szybkości cięcia i przepustowości produkcji. Zależnie od typu i grubości ciętego materiału mogą znacznie wzrosnąć koszty operacyjne, a liczba produkowanych części w danym okresie znacznie zmaleć.

Aby zoptymalizować zyski, należy rozważyć wdrożenie rygorystycznego procesu projektowania pod kątem produkcji (DFM, Design for Manufacturability) połączonego z odpowiednimi technologiami i procesami projektowania, tak aby części były odpowiednio zwymiarowane, a ich specyfikacje — dobrane pod kątem spełnianych funkcji.

Jeśli wyprodukowana część jest przenoszona ze stołu cięcia na stanowisko spawalnicze, gdzie tolerancja spawu znacznie przekracza tolerancję wymiarową dozwoloną w specyfikacji części, ciasne zakresy projektowych tolerancji części mogą nie mieć żadnego znaczenia.

Nie wolno zatem dać się zwieść twierdzeniom, że węższe tolerancje wymiarowe stanowią lepsze rozwiązanie. Specyfikacje części powinny być dobierane z uwzględnieniem kosztów produkcji takich części i funkcjonalnych kompromisów, tak aby uniknąć zbędnych inwestycji i niepotrzebnego zwiększenia kosztów produkcji.

 

*Tolerancje wymiarowe zależą od grubości ciętego metalu.