Der Business Case für abrasives Wasserstrahlschneiden

Ein Abrasiv-Wasserstrahlsystem sollte die Produktionskosten senken und für Lohnfertiger den Verkauf von Kapazitäten erleichtern. Die Kosten pro Teil sind für diese Gleichung von zentraler Bedeutung. Getty Images

„Wie können sie mit diesem Job Geld verdienen?“ Diese Frage stellen sich Menschen in der gesamten Metallverarbeitung immer wieder, meist nachdem sie von einem scheinbar unter den Kosten liegenden Angebot eines Mitbewerbers erfahren haben. Viele gehen davon aus, dass es sich lediglich um ein billiges Angebot handelt, um den Kunden an die Tür zu locken; Der Konkurrent wird nicht lange in der Lage sein, zu diesem Preis zu liefern, und innerhalb weniger Wochen oder Monate wird der Interessent erneut ein Angebot anfordern.

Das passiert natürlich. Allerdings führen große wirtschaftliche Abschwünge – sei es die Dotcom-Pleite, die große Rezession oder die große wirtschaftliche Lähmung von 2020 – dazu, dass diejenigen Geschäfte ausgesondert werden, die ihre Kosten nicht im Griff haben. Dadurch bleiben leistungsstarke Betriebe übrig, die die Kosten sehr gut verwalten, und wenn sie die Konkurrenz unterbieten, um einen Auftrag zu erhalten, tendieren sie dazu, diesen zu behalten und, noch besser, ihre Rentabilität aufrechtzuerhalten oder zu steigern.

Wie genau machen sie das? Sie konzentrieren sich auf operative Exzellenz und prüfen den gesamten Quote-to-Cash-Zyklus. Dabei konzentrieren sie sich auf die Kosten pro Teil. Da sie weiterhin strategische Technologieinvestitionen tätigen, sinken ihre Stückkosten weiter. Dies geschieht jedoch nur, wenn ein Hersteller das große Ganze im Blick hat und alle Kosten abwägt, die mit dem Kauf und Betrieb einer bestimmten Technologie verbunden sind.

Ein Paradebeispiel ist das Abrasiv-Wasserstrahlschneiden. Es ist nicht so einfach, alle mit dem abrasiven Wasserstrahlverfahren verbundenen Kosten zu verstehen – und insbesondere, wie sich diese Kosten auf die beabsichtigte Anwendung auswirken.

Das Schleifmittel ist die Schneidkante des Wasserstrahls. Eine Wissenschaft für sich: Die Auswahl des richtigen Granat-Schleifmittels hängt von der Konfiguration Ihres Wasserstrahlsystems, dem, was Sie schneiden, und der Kantenqualität ab, die Sie benötigen. Aber das Schleifmittel ist nur die halbe Miete; Die andere Hälfte betrifft die Art und Weise, wie sich diese scharfkantigen Schleifpartikel durch die Schnittfuge bewegen.

Es beginnt entweder mit einer Direktantriebs- oder Verstärkerpumpe, die Hochdruckwasser erzeugt, das durch eine Juwelenöffnung fließt und zu Hochgeschwindigkeitswasser wird. Das Wasser und das Schleifmittel vermischen sich in der Mischkammer, wo die Schleifpartikel auf Geschwindigkeiten beschleunigt werden, die denen des Wasserstroms nahe kommen. Anschließend werden sie durch das Misch- oder Fokussierungsrohr zu einem zusammenhängenden Schneidstrahl refokussiert. Es wird normalerweise empfohlen, dass der Innendurchmesser des Fokussierrohrs das Dreifache des Durchmessers der Juwelenöffnung beträgt. Beispielsweise würde eine Öffnung mit einem Innendurchmesser von 0,010 Zoll mit einem Mischrohr mit einem Innendurchmesser von 0,030 Zoll gekoppelt.

Die Idee besteht darin, die Geschwindigkeit und Leistungsdichte eines abrasiven Wasserstrahlstrahls für die Anwendung zu optimieren. Geben Sie den Schleifpartikeln, die durch das Werkstück schneiden, die richtige Geschwindigkeit und Kraft, um den Schneidvorgang effektiver zu gestalten.

Seit 1971 sind Wasserstrahlschneidanlagen weltweit in Fertigungsbetrieben im Einsatz. In den letzten 49 Jahren gab es viele technologische Fortschritte. Im Jahr 2008 führten Wasserstrahlhersteller Wasserstrahlpumpen mit 90.000 PSI ein, um die Produktionskapazitäten zu verbessern.

Im Laufe der Jahre haben sich viele mit dem Wasserstrahlschneidprozess auseinandergesetzt und die Vorzüge verschiedener Pumpen, Drücke, Schneidkopfkonfigurationen und Tische beschrieben. Allerdings sind das alles nur Puzzleteile. Was wirklich zählt, sind die Ergebnisse. Der Geschäftsinhaber muss die Teile richtig zusammensetzen, um die Qualitätsanforderungen zu erfüllen oder zu übertreffen und gleichzeitig für den Großteil des Auftragsmix die niedrigsten Kosten pro Teil zu erzielen.

Die Betriebskosten einer Pumpe variieren direkt mit ihrer Leistung (sieheAbbildung 1 ). Pumpen mit höherer Leistung können mehr Wasser und Strahlmittel durch breitere Öffnungen fördern. Die maximale Öffnungsgröße für eine 60-PS-Pumpe mit 90.000 PSI kann 0,011 Zoll betragen, während eine 125-PS-Pumpe mit 90.000 PSI einen größeren Strom mit hoher Geschwindigkeit durch eine 0,016-Zoll-Pumpe treiben kann. Öffnung.

Ja, wenn Sie eine 30-PS-Pumpe neben einer 125-PS-Pumpe über eine Acht-Stunden-Schicht betreiben, verursacht die 125-PS-Pumpe höhere Betriebskosten. Dies zeigt jedoch nicht die tatsächlichen Kosten pro Teil. Tatsächlich ist der Kauf eines Wasserstrahlreinigers allein aufgrund seiner hohen Leistung ein bisschen so, als würde man einen großen Pickup kaufen, ihn in der Einfahrt parken und dann nach etwas zum Transportieren suchen. Für Unternehmer, die ihren LKW als Werkzeug nutzen, hängt der Kauf davon davon ab, was sie transportieren müssen. In ähnlicher Weise kaufen Hersteller Geräte, einschließlich eines Wasserstrahlsystems, basierend auf der Mischung und dem Umfang der Aufträge, die sie jetzt haben und in Zukunft gerne hätten.

Die Kosten pro Teil variieren je nach Auftrag, die Variablen sind jedoch weitgehend gleich. Zur Veranschaulichung beginnen wir mit einem konkreten Auftrag – einem 1 Zoll dicken Aluminiumquadrat mit 50 Zoll Schneidfläche und einer Menge von 250 Teilen – getestet mit verschiedenen Wasserstrahlpumpen eines Herstellers (KMT Waterjet) mit unterschiedlicher Leistung und unterschiedlichem Druck .

Die Testergebnisse inFigur 2 zeigen, dass die Schnittgeschwindigkeit im Allgemeinen auch direkt von der Pferdestärke abhängt. Bei dieser Aufgabe zum Schneiden von Aluminium gilt: Je mehr Leistung die Pumpe hat, desto höher ist die Geschwindigkeit des Wasserstrahls, was zu einem schnelleren Schnitt führt. In Anbetracht dessen ist es nicht verwunderlich, dass auch die Gesamtkapazität mit der PS-Zahl zunimmt (sieheFigur 3 ). Mit Maschinen mit größerer Kapazität können Bediener mehr Teile pro Tag schneiden und mehrere Aufgaben gleichzeitig erledigen.

Aber auch das alles erzählt nicht die ganze Geschichte, denn es verschweigt einen der größten Kostenfaktoren: den Einsatz von Schleifmitteln. Abhängig von der Pumpe, dem eingesetzten Strahlmittel, der Menge und der Anzahl der Schneidköpfe beträgt der Anteil des Strahlmitteleinsatzes zwischen 50 % und 75 % der Gesamtbetriebskosten.

Figur 4 zeigt den abrasiven Einsatz des Aluminiumauftrags. Der Schleifmitteleinsatz variiert je nach PSI, und dies hängt wiederum mit der Leistung und Geschwindigkeit hinter den einzelnen Schleifpartikeln zusammen. Durch die Kombination aus mehr PS und einem steigenden Betriebsdruck von 60.000 auf 90.000 PSI führt die Geschwindigkeit des mit Granat vermischten Wasserstrahlstrahls dazu, dass ein System deutlich weniger Schleifmittel verbraucht, um Teile schneller zu schneiden. Für diese Aufgabe verbrauchten die Pumpen mit höherem PSI weitaus weniger Strahlmittel als Pumpen mit niedrigerem PSI.

Der Einsatz von weniger Strahlmittel hat erhebliche Auswirkungen. Typische Betriebskostenberechnungen berücksichtigen nur den Verbrauch, also die Menge an Strahlmittel, die durch die Schnittfuge und in den Tank fließt. Aber es gibt viele versteckte Kosten, insbesondere bei der Handhabung von Schleifmitteln. Dazu gehören die anfänglichen Kosten für den Kauf von mehr Strahlmittel, mehr Lagerraum, den Transport des Strahlmittels durch die Anlage, das Entladen in den Maschinentrichter, das Entfernen aus dem Tank und die Entsorgung. Zehn Stunden wöchentlicher Transport von Schleifmittel durch die Werkstatt und ein Stundensatz von 40 US-Dollar können sich auf etwa 20.000 US-Dollar pro Jahr summieren.

Zur Senkung der Kosten pro Teil gehört mehr als nur die Wahl einer Konfiguration, die Ihnen die meisten Zoll pro Minute liefert. Auch hier ist IPM nur ein Teil der Gleichung. Höherer Druck, geringerer Schleifmittelverbrauch und höhere Schnittgeschwindigkeit wirken zusammen, um die Kosten pro Teil zu senken, was zu den in gezeigten Kosten pro Teil führtAbbildung 5.

Angenommen, Sie müssen zwischen einer 100-PS-Pumpe mit 60.000 PSI, einer 60-PS-Pumpe mit 90.000 PSI und einer 50-PS-Pumpe mit 60.000 PSI wählen. Abbildung 1 zeigt, dass die Betriebskosten für die 100-PS-Pumpe natürlich höher sind. Die Abbildungen 2 und 3 zeigen, dass sowohl das 60-PS- als auch das 100-PS-System diese Werte um 1 Zoll reduziert. Aluminiumteile mit grundsätzlich gleicher Geschwindigkeit zu einer glatten Kante. Das 50-PS-System schneidet etwas langsamer, wenn auch nicht dramatisch.

Aber auch das ist noch nicht das Ende der Geschichte. Wie in Abbildung 4 dargestellt, verbrauchte dieses 90.000-PSI-System viel weniger Strahlmittel. Aus diesem Grund kann dieses Ultrahochdruck-60-PS-System diese Arbeit zu fast 1 US-Dollar weniger pro Teil als das System mit höherer PS und fast 3 US-Dollar weniger pro Teil als mit dem System mit niedrigerer PS einsparen.

Am oberen und unteren Ende des Pumpspektrums in der Grafik werden die Unterschiede noch deutlicher. Mit einer 125-PS-Pumpe kann diese Arbeit zu weniger als der Hälfte der Stückkosten wie mit einer 30-PS-Pumpe erledigt werden.

Abbildung 1 Die Betriebskosten steigen mit der Leistung, aber das ist nicht die ganze Geschichte. (Die Betriebskosten in dieser Tabelle umfassen den Schleifmittelverbrauch, 0,30 USD pro Pfund, Nebenkosten sowie Verbrauchsmaterialien und Verschleißteile.)

Indem Sie diese Kosten pro Teil gegen den Return on Investment (ROI) abwägen, können Sie die neue Wasserstrahltechnologie mit offenem Blick für das Gesamtbild in Angriff nehmen. Ein System mit niedrigerer Leistung hat natürlich einen kürzeren ROI als ein System mit höherer Leistung. Der ROI des Systems mit höherer PS kann jedoch schwanken, insbesondere wenn die durchschnittlichen Kosten pro Teil deutlich niedriger sind. Diese geringeren Kosten könnten das Volumen der Wasserstrahlschneidarbeiten in die Höhe treiben und somit den ROI verkürzen.

Jeder Wasserstrahlbetrieb hat seine Nische, seinen gewünschten ROI und seine einzigartige Marktsituation, weshalb eine große Vielfalt an Wasserstrahlsystemen erhältlich ist. Der Erfolg hängt von der Fähigkeit eines Betriebs ab, seine Kapazitäten zu verkaufen, und die Idee besteht darin, den Verkauf dieser Kapazitäten zu erleichtern.

Durch die Ermittlung der Kosten pro Teil werden die Spezifikationen eines Wasserstrahlsystems, wie HP und PSI, effektiv in eine Variable übersetzt, die in die Gleichung „Verkauf von Wasserstrahlschneidkapazität“ eines Lohnfertigers passt. Sicherlich sind die Kosten pro Teil nicht der einzige Faktor. Auch die Marktdynamik spielt eine Rolle, ebenso wie andere Fertigungsschritte im Arbeitsablauf einer Werkstatt. Ein „Nur-Schnitt“-Auftrag unterscheidet sich stark von einem wasserstrahlgeschnittenen Teil, das nur ein Teil eines komplizierten Auftragsplans mit einer mehrstufigen Stückliste ist.

Dennoch bleibt die Berechnung der Kosten pro Teil von entscheidender Bedeutung. In vielen Fällen ist es die Schlüsselzutat, die es einem Hersteller ermöglicht, mehr Marktanteile in bestehenden Märkten zu gewinnen und das Wasserstrahlschneiden in völlig neue Märkte einzuführen.

Angenommen, ein Interessent möchte einen teuren Bearbeitungsprozess durch Wasserstrahlschneiden ersetzen. Er ruft in verschiedenen Werkstätten herum und erhält eine Reihe von Preisen, die alle unter dem aktuellen Bearbeitungsbetrieb liegen. Aber es gibt noch den technischen Genehmigungsprozess zu berücksichtigen, vielleicht ein paar Designänderungen, um es für den abrasiven Wasserstrahl zu optimieren. Ist es das wert?

Dann ruft der Interessent einen anderen Laden an, der einen weitaus niedrigeren Preis angibt als alle anderen, und der Interessent beschließt, den Schritt zu wagen. Wie kann dieser Shop überhaupt Geld verdienen? Es handelt sich nicht um blindes Low-Balling. Stattdessen investiert die Werkstatt in Technologie, kennt ihre Kosten pro Teil und ihr ROI-Ziel, legt die Preise entsprechend fest, erhält den Auftrag und ist am Ende immer noch einer der profitabelsten Betriebe in der Region.