數(shù)沖加工與激光切割

 數(shù)沖加工與激光切割的怎么做出更好的選擇呢?

  關(guān)于不銹鋼板材切割加工和數(shù)沖加工大家并不陌生，今天就來說說這兩者怎么選擇呢?

  當(dāng)鈑金加工企業(yè)剛剛接到新的生產(chǎn)項目準(zhǔn)備投資時，就會面臨這樣的抉擇，到底應(yīng)該買一臺激光切割設(shè)備呢，還是買一臺數(shù)控沖床呢?

  眾所周知，在如今的金屬板材加工行業(yè)，似乎有著一萬條理由推動著鈑金加工企業(yè)去投資激光切割機(jī)。此外，隨著代加工業(yè)務(wù)的日益蓬勃發(fā)展，很多企業(yè)可能開始考慮將外協(xié)加工業(yè)務(wù)逐步收回，并同時計劃進(jìn)軍新的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

  如果此時企業(yè)恰好接到一批品種特別多的大訂單，那么，作為企業(yè)的決策者，您是否有過這樣一絲猶豫：到底哪些選擇條件才是投資評估時的重要參數(shù)?此外，在正式簽約前，又該如何判斷自己在這方面做出了正確的決定呢?

  以成本和生產(chǎn)流程為準(zhǔn)繩

  近兩年來，市場上有一種觀念在不斷被傳播，其影響也在不斷擴(kuò)大：“數(shù)沖加工時代已經(jīng)過去，激光切割才是金屬板材加工行業(yè)的未來和福音?！笨墒?，在一個資深鈑金工程師看來，這句話明顯過于極端和浮躁了。

  在任何時候，一個合格的鈑金加工制造商，需要將不同的加工設(shè)備進(jìn)行合適的組合和分配，從而在車間內(nèi)制定出最精益的材料流，以盡可能低的成本，生產(chǎn)出品質(zhì)最穩(wěn)定的鈑金零件。愛因斯坦曾有一句名言：“在這個世界上，能夠以最簡單的方法有效完成生產(chǎn)任務(wù)的機(jī)器，才是最完美的機(jī)器?！痹谶@里，我們也可以借用這句話，“在這個世界上，能夠以最簡潔和低成本的方式最快、最穩(wěn)定地完成生產(chǎn)任務(wù)的流程，才是最完美的流程”。

  因此，當(dāng)一個有經(jīng)驗的鈑金加工企業(yè)管理者在進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃和投資時，他會將電力成本、消耗品成本以及維護(hù)保養(yǎng)成本一一列入到小時成本中去，再輔以對生產(chǎn)靈活性和穩(wěn)定性的考量之后，他一定會在上述的流行觀念和實際的評估結(jié)果之間，做出其應(yīng)有的理性判斷和決定。

  Mr. Peter Visser，美國MATE精密模具有限公司的資深應(yīng)用咨詢專家，擁有超過25年的行業(yè)經(jīng)驗，訪問過超千家的鈑金加工企業(yè)。在他的職業(yè)生涯中所參與的最大的成本控制項目，就是幫助一家世界知名的制造商，針對不同的工藝流程和加工要求，選擇合適的數(shù)沖設(shè)備和激光設(shè)備，從而替企業(yè)節(jié)省了海量的加工成本。

  在Mr. Peter Visser的職業(yè)生涯中，看見過太多次客戶直接來一句“這批活交給激光加工”，卻從未意識到不同工藝會對整個制造過程產(chǎn)生不同的影響，也沒考慮過不當(dāng)?shù)墓に囁鶎?dǎo)致的后續(xù)加工瓶頸。有時候，客戶會將厚板采用數(shù)沖方式來加工，卻把薄板用激光來加工。實際上，將兩者調(diào)換才是更合適的選擇。

  又譬如，在建筑設(shè)計領(lǐng)域和暖通工程領(lǐng)域，我們會用海量的群孔實現(xiàn)設(shè)計或通風(fēng)功能?？墒?，有很多客戶想當(dāng)然地用激光切割機(jī)去加工，導(dǎo)致了極慢的加工速度和極高的生產(chǎn)成本。

  為了讓讀者更好地理解其中的差異，我們舉一個例子：在一張1.5mm厚的鋼板上加工1000個直徑為12.7mm的圓孔，如果采用一個12孔的群孔模進(jìn)行數(shù)沖加工，那么它所需要的加工用時不到激光加工用時的1/4。這也就意味著，如果客戶接到一個大訂單，那么將不得不投資4～5臺激光切割機(jī)才能滿足等同于1臺數(shù)沖設(shè)備的產(chǎn)能。

  另外一個極其重要但又常常被人忽略的關(guān)鍵點是：使用數(shù)沖設(shè)備可以有效避免整個生產(chǎn)流程中，由于激光加工的局限性所衍生的二次加工問題(圖1)，從而提高產(chǎn)品的全局生產(chǎn)效率。

  很多只配備激光切割機(jī)的車間，必須要在其他加工設(shè)備上完成后續(xù)百葉窗、凸包、沉孔以及其他一些可以顯著提高板材零部件附加值的成形工藝。因此，車間又不得不投資更多的人力物力、車間面積以及越來越多的二次加工設(shè)備。有時，這些衍生出來的二次加工會占用數(shù)千工作小時，由此增加了很大一部分隱形生產(chǎn)成本。

  圖1 數(shù)沖可避免的二次加工

  Mr. Peter Visser通過分析和計算發(fā)現(xiàn)，這些廠家其實完全可以采購一臺新的(或者二手的)數(shù)沖設(shè)備，從而可以節(jié)約成百上千小時的寶貴加工時間，顯著降低其運(yùn)營成本，并獲得更高的投入產(chǎn)出比。簡而言之，企業(yè)將獲得更高的利潤。

  運(yùn)用邊界條件選擇

  下面，通過Mr. Peter Visser親歷的一個經(jīng)典成功案例，來幫助大家進(jìn)一步理解，按照邊界條件正確選擇加工設(shè)備的重要性。

  他有一個客戶是電控柜的生產(chǎn)企業(yè)，車間有一臺激光切割機(jī)，每年花費大約100萬美金用于在二次加工階段點焊半成品柜體。當(dāng)年，這家企業(yè)在評估采購這臺激光切割機(jī)時，相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商對數(shù)沖設(shè)備的生產(chǎn)可能性只字不提，相信這種場景大家也會經(jīng)常遇見。因為從圖紙來分析，他們的產(chǎn)品平整且簡單，連邊角倒角工藝都不需要，沒有任何成形要求，從任何技術(shù)角度來講，都是激光切割設(shè)備的理想客戶和使用者。

  當(dāng)Mr. Peter Visser由于激光耗材和折彎模具的業(yè)務(wù)拜訪這家企業(yè)時，該企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)理正在向企業(yè)老板抱怨點焊的技術(shù)瓶頸，以及由此帶來的額外成本。當(dāng)所有人陷入沉默時，Mr. Peter Visser插了一句話，“不知道諸位有沒有考慮過數(shù)沖加工的前道工藝?”而令他吃驚的是，設(shè)備供應(yīng)商從始至終都沒有和該企業(yè)談?wù)撨^任何有關(guān)數(shù)沖加工的可能性，當(dāng)然也從未比較過數(shù)沖加工和激光加工對于整體流程的優(yōu)缺點。

  在簡短地介紹完數(shù)沖加工工藝后，Mr. Peter Visser在一位數(shù)沖用戶處召開了技術(shù)研討會，進(jìn)一步研討了數(shù)沖設(shè)備上的各類加工工藝。在會議上，大家達(dá)成了共識，盡管激光加工從單道工序的角度來講，對該廠的下料產(chǎn)品非常合適，但是一旦將視野擴(kuò)大到整個加工流程時，反而是數(shù)沖設(shè)備更能避免衍生出各種二次加工，而點焊只是其中之一而已?；谶@個思路，如果用數(shù)沖設(shè)備取代激光加工，反而可以節(jié)約出海量的二次加工成本。

  在此次會議之后的5個月之內(nèi)，該客戶迅速采購了一臺數(shù)沖設(shè)備，而在接下來的一年之中，就為公司節(jié)省了超過100萬美金的衍生加工成本。按照這個節(jié)奏，公司財務(wù)部門推斷，在未來10年中，公司將節(jié)約近1500萬美金?；谶@個結(jié)論，公司很快在第二年又添置了一臺功能更強(qiáng)大的數(shù)沖設(shè)備。

  影響投資的其他因素

  還有一個影響投資的重要因素是首次投資成本。一般而言，一臺數(shù)沖設(shè)備的價格大約是一臺激光設(shè)備的一半。如果保養(yǎng)得當(dāng)，設(shè)備的使用壽命及其二手市場殘值，都遠(yuǎn)高于激光設(shè)備。此外，數(shù)沖設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的工作用時和相應(yīng)的停機(jī)時間，甚至占地面積，通常也遠(yuǎn)少于激光設(shè)備。因此，對于一個尚處于起步階段的小型加工廠而言，首先考慮的往往應(yīng)該是采購數(shù)沖設(shè)備，而不應(yīng)該是看似容易上手的激光設(shè)備，從而保證該廠的低預(yù)算和高穩(wěn)定性，大大降低其在早期創(chuàng)業(yè)階段的技術(shù)和成本風(fēng)險。

  由于Mr. Peter Visser也曾參與過激光切割機(jī)的采購，他知道，一般情況下，激光切割機(jī)的銷售人員都會向客戶介紹，激光加工的消耗成本正在越來越低，甚至可以低于數(shù)沖加工。部分激光切割機(jī)的銷售人員甚至還會誤導(dǎo)客戶并宣稱，數(shù)沖模具是一筆巨大的開支(圖2)，會將數(shù)沖加工的整體成本抬高到一個令人咋舌的地步。

  圖2 很多制造商誤認(rèn)為沖壓模具提高了投資成本

  但事實是，按照我們的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，每臺數(shù)沖設(shè)備每年所消耗的模具開支，哪怕考慮上一些特殊成形工藝，也就1萬多美金而已。而激光切割消耗的隱形成本，則遠(yuǎn)不止這些，譬如：

  ⑴用于供給二氧化碳激光源的氦氣;

  ⑵用于切割加工時消耗的氮氣、氧氣、壓縮空氣、聚焦鏡、噴嘴;

  ⑶用于傳導(dǎo)二氧化碳激光光束的各種光學(xué)鏡片;

  ⑷用于傳輸測量信號的各種傳感器線纜;

  ⑸用于防止光纖激光加工過程中飛濺的保護(hù)鏡;

  ⑹用于清洗齒條、去除熔渣和碎屑的工作用時;

  ⑺其他大量的均可歸類為激光加工消耗成本的各類服務(wù)項目和維護(hù)保養(yǎng)工作。

  實際上，只需要考慮上述的某幾個因素，就足以支持我們的觀點：在激光切割加工工藝上，客戶所花費的總加工成本，依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于數(shù)沖加工。而非某些銷售人員所號稱的那樣，運(yùn)營成本已下降到讓人神往的地步。

  另外一個爭議點是有關(guān)模具的交貨期。毋庸置疑，在打樣和快速組織生產(chǎn)方面，激光加工比數(shù)沖快很多。但是很多讀者早已知道，通過過去二十多年來不斷的精益化改造，很多模具制造商大大縮短了模具的交期。

  大量標(biāo)準(zhǔn)模具的交期甚至縮短到了當(dāng)天發(fā)貨。對于MATE的海外客戶而言，訂單下達(dá)后的兩到三天內(nèi)，模具實際已經(jīng)到達(dá)相應(yīng)地區(qū)的空港，很多情況下，客戶當(dāng)?shù)胤比叩暮ｊP(guān)通關(guān)程序才是阻礙模具交貨的最大障礙，而非模具制造本身。

  對于MATE的廣大北美地區(qū)和歐洲地區(qū)用戶來說，快速的模具交期，各類異形模具，再加上實體落料的加工能力，已經(jīng)足以秒殺激光切割機(jī)提前搶跑的那一兩天時間了。

  還有一個值得考慮的要素是：按照不同切割氣體和設(shè)備的切割質(zhì)量，部分激光切割完成后零部件內(nèi)孔會有大量的掛渣，是不適宜噴粉或噴漆的。在這種情況下，客戶要么投資一臺去毛刺設(shè)備，要么組織若干人手進(jìn)行后續(xù)衍生的去毛刺加工。

  當(dāng)然，數(shù)沖也會產(chǎn)生毛刺，但是在產(chǎn)品外形合適的情況下，數(shù)沖設(shè)備同時還可以完成大尺寸孔洞的的滾珠去毛刺加工，完全/部分替代大量的去毛刺加工。同樣，攻絲、實體落料、成形、抽芽等，都是可以在數(shù)沖設(shè)備上通過一次裝夾完成加工的，如圖3所示。

  圖3 一次沖壓加工可生成加強(qiáng)筋和裝飾珠

  理性抉擇

  需要強(qiáng)調(diào)的是，本文并不是想引導(dǎo)客戶舍棄激光加工，完全采用數(shù)沖加工，希望讀者不要誤解。我們都知道，激光是一項高科技的加工技術(shù)，可以完成很多數(shù)沖工藝所不能完成的加工，譬如激光焊接、管材切割、激光打標(biāo)等。隨著激光技術(shù)的不斷進(jìn)步，針對合適厚度和板材類型的加工而言，激光設(shè)備絕對值得購買和使用。

  本文的主旨在于，希望客戶在洶涌的激光采購熱潮中，保持理性的制造思維，考查自身的經(jīng)濟(jì)實力、客戶的加工要求、采用的板材類型以及整個工廠的加工流程，選擇合適的加工工藝，而不要邯鄲學(xué)步，以免東施效顰。

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