Desglose de costos de corte por láser: material, tolerancias, anidamiento y su cotización

Los profesionales de LS Manufacturing han elaborado este manual para explicar, con gran detalle, cómo funcionan los precios. Cubren áreas como control del calentamiento durante el corte, compartir el costo del gas y métodos para optimizar el diseño que equiparán a los departamentos de I+D con el conocimiento para encontrar formas de reducir costos durante la fase de diseño.

Matriz de desglose de costos del servicio de corte por láser

Conclusiones clave:

• Una baja relación entre el número de operaciones de perforación y el tamaño de los agujeros (menos de 1:1) es la principal justificación técnica para los altos costos de tiempo de la máquina. Al mejorar el diseño del orificio, los costos de procesamiento se pueden reducir directamente hasta en un 30 %.
• Aumentar el gas en un 15 % mediante el uso de nitrógeno de alta pureza del 99,999 % es, con diferencia, la eliminación del proceso de eliminación de la capa secundaria de óxido que conduce a acero inoxidable repuestos reducción total del TCO en un 22 %.
• Utilizando el anidamiento dinámico inteligente de líneas comunes, la utilización de chapa metálica se puede aumentar del 70 % a más del 85 %, y esto es absolutamente esencial para disminuir la asignación de costos de materia prima por pieza.

¿Por qué confiar en el servicio de corte por láser de costo transparente de LS Manufacturing?

Hemos analizado toda la cadena de precios basándonos en nuestra experiencia de producción en masa de primera mano. Nuestro sistema de precios es totalmente compatible con los estándares internacionales para que todo pueda ser rastreado y verificado.

He realizado pruebas de parámetros de corte en materiales de alta reflectividad durante los últimos tres meses. He descubierto que la mayoría de los proveedores de la industria combinan la prima de precio del material de alta reflectividad con pérdidas anidadas en sus cotizaciones, ocultando así elementos de facturación reales. Es un problema importante de la industria con el que nos encontramos cuando implementamos una línea de producción de láser de fibra de 12000 W: los clientes no pueden alinear el precio cotizado con los parámetros de proceso individuales, lo que hace que la reducción de costos basada en la optimización del diseño sea inviable.

Ruta de optimización del corte por láser del costo del material

1. Para piezas expuestas no críticas, se pueden adoptar materiales de grado estándar, no necesariamente materiales de pureza ultra alta, por lo tanto, el costo del material base se reducirá directamente.
2. Si la estructura lo permite, utilice placas de espesor estándar populares en el mercado para minimizar el desperdicio adicional debido al corte personalizado.
3. Adapte las tolerancias de corte del servicio de corte por láser al uso de la pieza y optimice el esquema de reflectividad del material de corte por láser para evitar el costo innecesario de gas que supone una búsqueda excesiva. superficies de corte anodizadas.

Esta guía sobre costos de corte por láser sugiere dar prioridad al corte con oxígeno para piezas de acero al carbono sin superficie, lo que puede traer una reducción directa del costo del tiempo de máquina del 15 %.

En resumen, es como elegir diferentes neumáticos para diferentes condiciones de la carretera, las características del material controlan el "consumo de combustible" y el "desgaste" del procesamiento, y la elección correcta del esquema combinado puede incluso ayudar a ahorrar gastos adicionales.

Figura 1: Surtido de materiales de chapa con diferentes calidades para corte por láser.

¿Cómo afectan estructuralmente los límites de tolerancia de ingeniería de I+D al cálculo real de la cotización de corte por láser?

La presupuesto de corte por láser aumentará drásticamente si establece ciegamente la tolerancia en ±0,05 mm en lugar de la estándar ±0,2 mm. Básicamente, los requisitos de tolerancia muy estrictos han hecho que los ingenieros de procesos abandonen los cortes rápidos y utilicen en su lugar un proceso de perforación lento con inspección de alta frecuencia para cada orificio.

Diferencias de costos entre diferentes grados de tolerancia

• Calidad estándar (±0,2 mm): proceso de corte continuo continuo, no se requiere compensación de enfoque adicional, el costo del tiempo de la máquina es el valor de referencia.
• Grado de precisión (±0,1 mm): necesita compensación de enfoque dinámico y calibración a mitad del proceso, coste de tolerancia de corte por láser aumenta entre un 40% y un 60%.
• Grado de ultraprecisión (±0,05 mm): Perforación independiente de un solo orificio + inspecciones tridimensionales, el costo del tiempo de la máquina es más del doble del valor inicial.

Cuando se trata de piezas de precisión, un problema para muchos ingenieros de I+D es la incertidumbre de las tolerancias de las piezas sin marcas de tolerancia específicas.

Requisitos previos para optimizar el precio de corte por láser por anidamiento de piezas

• Los bordes de las piezas tienen que ser rectos y paralelos si queremos cortarlas juntas, pero esto nos deja con opciones muy limitadas cuando se trata de piezas curvas de forma irregular.
• La optimización del anidamiento probablemente tenga el mayor impacto cuando se trata de pedidos por lotes. Un algoritmo de anidamiento de corte por láser bastante avanzado puede ayudar a maximizar la utilización de materiales en láminas y así los costos de corte por láser se pueden reducir notablemente mediante un mejor anidamiento.
• Las mesas de trabajo de intercambio de gran tamaño permiten soportar el anidamiento de hojas enteras, lo que tiene una tasa de utilización de material que es más de un 10 % mayor que la de las mesas de trabajo pequeñas.

Para decirlo de otra manera, es como si estuvieras jugando con bloques de Lego. Los bloques de forma regular se pueden empaquetar más apretados y ocupan menos espacio, lo que resulta en un menor costo por pieza.

La optimización del diseño es la forma más rápida de reducir los costos por pieza del corte láser. Puede obtener nuestro informe técnico sobre optimización del diseño para aprender tres técnicas de diseño prácticas para mejorar rápidamente la utilización del material.

¿Por qué las restricciones de microfunciones y el número de perforaciones inflan considerablemente los parámetros de la guía de costos de corte por láser?

La fabricación de múltiples microagujeros con diámetros inferiores al espesor de la pieza de trabajo en placas delgadas requiere que el láser realice cientos o miles de ciclos de perforación por pulsos. Aún así, esto no solo aumenta linealmente el tiempo de procesamiento como indica la guía de costos de corte por láser, sino que también puede causar acumulación de calor localizada y deformación con bastante facilidad.

Lógica detrás del aumento en los costos de tiempo de mecanizado para el procesamiento de microagujeros

1. Si el diámetro del orificio es menor que el grosor de la placa, no se puede utilizar el corte continuo, sino que hay que realizar una perforación por pulsos para cada orificio, siendo la duración de cada ciclo de perforación de 0,2 a 0,8 segundos.
2. Cuando los microagujeros se hacen de forma densa, el calor se acumula, lo que hace que los bordes de los agujeros se cubran con escoria, por lo que necesita pausas de enfriamiento más largas, lo que extiende aún más el tiempo de procesamiento.
3. La perforación frecuente hace que la boquilla de corte y la lente protectora se desgasten más rápido, lo que resulta en un aumento en los costos de depreciación de los consumibles del fabricante.

Soluciones de optimización de microagujeros para precio por pieza cortado con láser

1. Primero, concéntrese en hacer que el diámetro de los orificios no funcionales sea al menos igual al espesor de la placa para que uno pueda volver a los procesos de corte continuo y reducirá los costos en más de un 30 %.
2. Los microagujeros dispuestos se pueden realizar mediante una combinación de punzonado CNC y corte por láser. Las técnicas de perforación con corte por láser adecuadas pueden reducir el costo de cada orificio.
3. Ajuste el patrón de orificios para que no haya una densidad local excesiva y de esta manera se puedan reducir los costos de procesamiento secundario, que es el resultado de la acumulación de calor.

Para una mejor comprensión, se puede comparar con perforar un papel con una aguja. Si el agujero es más pequeño que el papel, se puede perforar fácilmente, si el agujero es más grande, hay que perforarlo varias veces, lo cual es una pérdida de tiempo y agujas.

Figura 3: Imagen en blanco y negro de piezas de chapa apiladas con microcaracterísticas.

¿Cómo altera la elección de los gases auxiliares el acabado de la superficie y la eficiencia general de la cotización del corte por láser?

Los gases auxiliares representan del 30% al 50% del costo directo del procesamiento láser y su elección influirá en gran medida en la composición de la cotización del corte por láser y, en última instancia, en el costo total de propiedad. Por un lado, el oxígeno tiene la ventaja de una alta velocidad de corte y un precio unitario bajo; por otra parte, la capa de óxido en la superficie de corte creada por el oxígeno aumentará los costos de procesamiento. La toma de decisiones debe basarse en el escenario de la aplicación.

Comparación de parámetros técnicos para tres tipos de gases auxiliares

• Oxígeno: Gracias a la combustión y la liberación de calor, se aumenta la velocidad de corte, se elige acero al carbono pero la superficie de corte tendrá una capa de óxido.
• Nitrógeno: gas protector sin ninguna reacción química que da como resultado una superficie de corte limpia y libre de óxido; el acero inoxidable y las aleaciones de aluminio son adecuados, pero el costo es mayor.
• Aire comprimido: La opción más económica, se puede utilizar para piezas de chapa delgada con bajos requisitos. Aún así, es posible que se acumule ligeramente escoria en la superficie cortada.

Comparación de coste y rendimiento de tres gases auxiliares (láser de 6000 W, acero inoxidable 304 de 3 mm)

Estrategia de selección de gas para el servicio de corte por láser

• El corte con nitrógeno es el método óptimo para producir piezas para soldar o pintar. Este método evita la formación de una capa de óxido que degradaría la adherencia.
• El oxicorte es la forma más eficiente de maximizar el tiempo de funcionamiento de un compresor para la producción de piezas compuestas de acero al carbono sin superficies expuestas ni soldadas.
• El corte con aire comprimido es una opción viable para piezas de baja protección. Al mismo tiempo, regular estrictamente el consumo de gas de corte por láser puede reducir notablemente los costos directos.

En una analogía muy simple, es como si eligiera el nivel de protección para pintar, solo la pintura común es suficiente para uso en interiores, mientras que para uso en exteriores se necesita pintura más duradera y resistente a la intemperie. Tomar la decisión correcta para satisfacer las necesidades ayuda a ahorrar dinero.

La selección de gas adecuada puede reducir directamente el costo total de propiedad (TCO) de las piezas. Puede contactar a nuestros ingenieros de procesos para obtener un plan de selección de servicios de corte por láser personalizado según el material de su pieza y el escenario de uso.

¿Qué parámetros de diseño específicos deberían auditar los ingenieros de calidad para reducir el precio de corte por láser individual por pieza?

Durante la fase de revisión del diseño, los ingenieros de calidad pueden implementar una auditoría técnica de las características geométricas clave en los dibujos para influir directamente en la lógica de facturación del tiempo de la máquina, reduciendo así el precio de corte por láser por parte. Una buena forma de reducir el precio unitario de procesamiento por pieza es estandarizar el radio de las esquinas, el espaciado de las ranuras y la posición del cable conductor de las piezas.

Lista de verificación de reducción de costos de DFM de funciones geométricas

1. Estándar de esquina afilada a esquina R: para evitar la acumulación de calor en la fase de desaceleración del cabezal láser, convierta las esquinas afiladas internas en esquinas R con un radio más de 0,5 veces el espesor de la placa.
2. Configuración de espacio mínimo: Preferiblemente mantenga un espacio de seguridad de 1-1,5 veces el espesor de la placa entre piezas para propósitos de anidamiento de alto orden.
3. Diseño de la posición de salida del cable: Para disminuir el trabajo posterior al pulido, intente colocar el cable de corte en superficies que no sean importantes o en áreas de desecho.
4. Revisión de la interferencia geométrica de corte de bordes comunes: Asegúrese de que no haya piezas que sobresalgan, lo que obstaculizaría los bordes rectos de las piezas, ya que esto conduciría al máximo uso del anidamiento de bordes comunes.

Puntos de adaptación del diseño para la optimización del anidamiento del corte por láser

1. Intente mantener principalmente la regularidad del contorno exterior de la pieza, reduzca las protuberancias irregulares y, debido a esto, mejore la utilización del espacio del algoritmo de anidamiento.
2. La pieza que es simétrica se puede diseñar mediante rotación para que el espacio entre piezas se pueda reducir aún más. La optimización de la ruta de corte por láser puede contribuir en gran medida a reducir la pérdida de juego.
3. Cíñete al mismo grosor y material para las piezas para que se pueda llevar a cabo la producción de anidamiento mixto y se pueda reducir el gasto de depuración de la primera pieza.

Esto se puede comparar con el embalaje del equipaje. Si los bordes y las esquinas se recortan bien, podrán caber más artículos en la maleta y el precio de envío por pieza será más económico.

Figura 4: Piezas mecanizadas CNC de alta precisión con acabados superficiales lisos.

¿Qué estudio de caso de fabricación personalizada demuestra que LS Manufacturing puede optimizar su presupuesto de servicios de corte por láser de precisión?

Al presentar el ejemplo real de LS Manufacturing adaptando barras colectoras de cobre de alta conductividad para paquetes de baterías de vehículos de nueva energía de un proveedor líder de repuestos para automóviles, ilustraremos cómo el servicio de corte por láser de precisión, utilizando intervención DFM y configuración avanzada de equipos, puede ayudar a los clientes a lograr una reducción de costos del 32 % más especificaciones técnicas. mantenimiento.

Problemas originales del cliente

• La pieza es una barra colectora conductora de cobre T2 de 3,0 mm de espesor con un diseño de orificio muy densoreductor de luz, el método original causaba grandes deformaciones térmicas y no podía pasar las inspecciones dimensionales y de planitud IATF 16949.
• Otros proveedores ofrecieron precios muy altos por tiempo de máquina para materiales de alta reflectividad, lo que superó el presupuesto en más del 25 % por unidad.
• Debido a limitaciones de tiempo, los métodos convencionales no pudieron cumplir con los plazos de entrega.

Soluciones de fabricación LS

• Optimización del diseño: aconsejar al cliente que reemplace los bordes afilados con esquinas redondeadas y cambiar los puntos de inserción de los cables para evitar la acumulación de calor mientras el cabezal del láser se ralentiza.
• Configuración del proceso:Utiliza una fuente láser de fibra súper intensa de 12000 W junto con gas nitrógeno de alta presión de 2,5 MPa y tecnología de protección óptica antirreflectante que es dinámica.
• Optimización de anidamiento: anidamiento de borde común completamente programado, perforación por centelleo de pulsos de alta velocidad y control térmico de corte por láser preciso para excluir el estrés térmico deformación, vaporización instantánea del material y disipación de calor (local).

Resultados finales

• El tiempo unitario para la producción de una sola pieza se redujo de 85 a 32 segundos, la utilización del anidamiento de materia prima se incrementó del 68% al 86%.
• La tolerancia dimensional del producto terminado se ha mantenido de manera confiable dentro de ±0,06 mm, la rugosidad del corte Ra se ha mantenido consistentemente por debajo de 1,6. Debido a esto, se eliminan por completo el pulido secundario y la nivelación.
• El efecto directo de un precio de compra de una sola pieza fue una caída del 32 %, lo que mantuvo al cliente al día con sus hitos de producción en masa y estuvo totalmente en línea con los estándares de calidad IATF 16949.
• Mediante la optimización del anidamiento del corte por láser, este proyecto desató por completo la utilización del material y finalmente redujo el precio por pieza del láser en un 32 %.

La reducción de costos para piezas de precisión fabricadas con materiales altamente reflectantes depende de las capacidades del proceso y la experiencia en diseño. Puede enviar sus dibujos de piezas y requisitos técnicos, y personalizaremos una solución de servicio de corte por láser de precisión dedicada para usted, brindándole una cotización precisa simultáneamente.

¿Por qué los requisitos de posprocesamiento secundario aumentan significativamente el costo total de propiedad posterior al corte por láser?

Los procesos de postratamiento, como el desbarbado manual, la nivelación secundaria y el pulido de superficies después del corte por láser, a menudo representan más del 20% del costo total en la guía de costos de corte por láser. La elección de un fabricante con una capacidad de procesamiento totalmente integrada puede eliminar directamente la prima logística y de gestión asociada con estos procesos.

Cadena de costos ocultos de posprocesamiento

1. El endurecimiento de la zona afectada por el calor provoca microfisuras en los bordes que provocan un mayor desgaste en las herramientas utilizadas para el roscado, lo que luego aumenta los costos de procesamiento.
2. Cuando una pieza se corta con equipos de gama baja y tiene una planitud muy pobre, será necesario nivelarla mediante revestimiento con rodillo, lo cual es un proceso que requiere mucha mano de obra y también requiere el uso de equipos, lo que aumenta los costos.
3. El tiempo de respuesta logística y los costos de gestión aumentan mediante el posprocesamiento entre fábricas, lo que alarga el tiempo total de entrega.

Valor que las cuotas de corte por láser integradas aportan al ahorro de costes

1. La nivelación de precisión realizada en línea en una sola parada puede mantener la planitud de las piezas dentro de 0,5 mm/m, por lo que no es necesaria una nivelación secundaria.
2. Una operación de desbarbado en línea libera los productos terminados sin la intervención del rectificado manual. Un acabado del filo con láser constante reducirá el posprocesamiento necesario.
3. Dado que los procedimientos son internos, hay menos rotación logística, lo que también resulta en un tiempo de entrega más corto en más del 30%.

En pocas palabras, es como comprar muebles preensamblados: una solución integral que le ahorra dinero y tiempo al eliminar la necesidad de contratar ensambladores.

Los costos de posprocesamiento a menudo representan una quinta parte del gasto total. Puede proporcionarnos todos sus requisitos de procesamiento de piezas y calcularemos el ahorro total en el coste de propiedad utilizando cuotas de corte por láser integradas.

Preguntas frecuentes

P1: En el mercado global de mecanizado de precisión B2B, ¿cuál es el rango aproximado de tasa de procesamiento por hora en taller para servicios de corte por láser de precisión para clientes industriales?

Actualmente, el costo del tiempo de la máquina industrial para el corte por láser de precisión oscila entre $60 y $150 por hora, dependiendo de la potencia del láser (p. ej., 6 kW frente a 12 kW) y la cantidad de gas auxiliar de alta presión y pureza requerido al cortar materiales altamente reflectantes.

P2: ¿Por qué el corte de contornos por láser complejo de alcance ultracorto es mucho más costoso que el corte estándar continuo en línea recta para la misma longitud de procesamiento?

Los contornos complejos e irregulares con esquinas afiladas hacen que el cabezal del láser desacelere mucho, acelere y recalibre continuamente el enfoque durante el proceso. Esto aumenta drásticamente el tiempo de ejecución efectivo real de la máquina herramienta en comparación con el corte continuo en línea recta, lo que resulta en un aumento sustancial en el tiempo de la máquina y en los costos generales de procesamiento.

P3: ¿Por qué el costo de tolerancia relacionado con el corte por láser muestra una tendencia ascendente exponencial con el espesor del material de la hoja procesado?

Aumentar el espesor de la chapa metálica no solo conduce a una mayor posibilidad de liberación de tensión térmica interna sino también de desviación del rayo láser, los cuales aumentan exponencialmente. Como resultado, la velocidad de avance debe reducirse mucho. Además, las compensaciones de enfoque dinámico y las comprobaciones dimensionales se vuelven necesarias con mayor frecuencia, lo que a su vez hace que los fabricantes cobren primas de tolerancia más altas.

P4: ¿Es posible aplicar directamente la tecnología de optimización del diseño de corte por láser de borde común actualmente convencional a todo tipo de piezas de chapa metálica personalizadas?

La tecnología está diseñada principalmente para piezas de tipo matriz con bordes regulares y bordes rectos paralelos. Por lo tanto, no se puede aplicar directamente a piezas de forma irregular con curvas o interferencias complejas; el diseño debe mantener al menos una distancia de seguridad de espesor de una hoja para evitar quemaduras térmicas.

P5: En términos generales, ¿cuál es el diámetro mínimo de orificio estándar para que una pieza no aumente los costos del material de corte por láser ni el presupuesto de procesamiento?

Las pautas generales de ingeniería de DFM de chapa metálica recomiendan que el diámetro mínimo del orificio en los dibujos debe controlarse con una proporción de al menos 1:1 con respecto al espesor del material. Ejecutar por debajo de este estándar provocaría una perforación del pulso de alta frecuencia, lo que realmente aumenta el tiempo de procesamiento y el presupuesto.

P6: ¿Por qué los gerentes de compras globales deberían priorizar el corte asistido por nitrógeno sobre el corte asistido por oxígeno tradicional para piezas de acero inoxidable?

El nitrógeno, al ser un gas protector inerte, aísla completamente el corte del medio ambiente, evitando así la oxidación y creando una superficie brillante, limpia y sin impurezas. debido a esto, evita la necesidad de limpieza manual adicional, decapado con ácido, pulido, etc., reduciendo así el costo total de propiedad (TCO).

P7: ¿Cómo cambiaría una orden de producción de mayor tamaño la proporción de los costos iniciales en una cotización de corte por láser?

El diseño de dibujos CAD, la configuración y el ajuste de los parámetros de la máquina y los cortes de prueba para el procesamiento láser son ejemplos de costos iniciales fijos. Empezando por el muestreo de una sola pieza, pasando por cantidades intermedias y hasta la producción en masa, los pedidos grandes que "absorben" estos costos de preparación pueden impulsar la caída del precio por pieza incluso en más del 90%.

P8: ¿Cuál es el proceso para decidir si es necesaria la nivelación mecánica o el desbarbado para piezas de chapa metálica personalizadas?

A menudo se deja el estrés térmico debido al calentamiento localizado resultante de dibujos muy perforados o de la naturaleza del material (cobre, aluminio, etc.). El servicio integral de nivelación y desbarbado de LS Manufacturing es la opción ideal para ayudarle a evitar costos de posprocesamiento en la tienda. Además de la cotización, también obtendrá una solución de optimización de costos al subir su dibujo.

Resumen

Normalmente, el costo del corte por láser de precisión se considera una fórmula de ingeniería compleja influenciada por las propiedades metalúrgicas de la chapa, el control térmico de la apertura, la elección del gas auxiliar, los límites de tolerancia permitidos y los algoritmos de anidamiento. Una forma de maximizar los márgenes de beneficio tras la liberación del dibujo es diseñar piezas optimizando sus relaciones espesor-diámetro, permitir el anidamiento de bordes comunes y establecer estándares de gas de manera racional; los equipos de I+D y adquisiciones, por supuesto, estarían involucrados en este proceso.

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