M ANYAG FRÖCCSÖNT SZERSZÁMOK KÖLTSÉGÉT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZ K

M ANYAG FRÖCCSÖNT SZERSZÁMOK KÖLTSÉGÉT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZ K Mikó Balázs Budapesti M szaki F iskola Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Anyagtudományi és Gyártástechnológiai Intézet ABSTRACT The cost estimation of plastic injection moulds is a very important problem in the mould industry, because its result will determines the economic condition of a moulding project. In this article the cost structure of a plastic part and a plastic injection mould is analysed, a heuristic formula is defined based on industrial practice, and the details of cost of mould base is analysed too. KEYWORDS Plastic injection mould, Cost structure, Cost estimation BEVEZETÉS A m anyagok nélkül manapság szinte elképzelhetetlen a gépszerkezetek többsége. Ennek oka a m anyag alapanyagok fejl dése, melyek széles választéka képes sokféle igény kielégítésére. A másik oka a m anyag fröccsönt szerszámok tervezésében és gyártásában az utóbbi két évtizedben lejátszódó fejl dés, amely a CAD/CAM rendszerek fejl désének köszönhet. Az autóiparban vagy a háztartási gépek területén számtalan példát látunk arra, hogy korábban fémb l készült alkatrészeket m anyag alkatrészekkel váltanak fel. Ezzel párhuzamosan a konstrukciók élettartalma csökken, manapság elképzelhetetlen úgy piacvezet nek lenni, hogy a konstrukció, annak kinézete (design-ja) hosszú éveken keresztül változatlan. Például egy gépkocsi típus 2-3 évente kisebb-nagyobb mértékben megújul. Ennek következtében az alkatrészek darabszáma csökken, a bonyolultabb termékgeometria miatt viszont a szerszámköltség növekszik. Ennek következtében az egy alkatrészre vetített szerszámköltség növekszik. Ezt azonban a piac nem viseli el, tehát folyamatosan keresik az iparban a költséghatékonyabb gyártás lehet ségeit. Ezzel összefüggésben vizsgálni kell a szerszámozás költségét, az azt meghatározó tényez ket. Egy termék gyártási költségének nagy része a tervezési fázisban eld l. Csak a gyártási szempontokat figyelembe vev tervezéssel megalkotott konstrukció gyártható hatékonyan. A cikkben a m anyag fröccsönt szerszámok költségére hatással lév tényez ket elemzem. FRÖCCSÖNTÖTT TERMÉK KÖLTSÉG ELEMEI Egy fröccsöntött m anyag termék gyártási költsége több összetev b l épül fel (1. ábra). Az els összetev az anyagköltség, amely egyrészt a nettó anyagöltséget jelenti, ami a kész alkatrész tömege alapján határozható meg. Ezt veszteségi anyagköltségek egészítik ki, melyek több okból származhatnak. Adódhatnak egyrészt a csatorna maradék költségéb l, melyek minden ciklusban jelentkeznek, értékük pedig a szerszám felépítését l, kialakításától függ. Kis tömeg alkatrész fröccsöntése során egy sok fészkes hideg csatornás szerszám esetén a 180

csatornamaradék tömege elérheti, s t többszörösen meg is haladhatja a fröccsöntött darabok tömegét. A csatorna maradék elvileg újra felhasználható, azonban a m anyag tulajdonságai romlanak, számos alkalmazási területen újrafelhasznált anyag alkalmazása nem megengedett. Anyagveszteséget jelent a szerszámindítás el tti beállítás során elhasznált anyag is, melynek mértéke a beállítás nehézségeit l, valamint a szerszámindítás gyakoriságától függ. Anyagveszteségek keletkezhetnek az alapanyag tárolása és szállítása során is, amely gondos kezeléssel valamint megfelel tárolási és szállítási körülmények biztosításával csökkenthet k. 1. ábra Fröccsöntött termék költségösszetev i A fröccsöntött termék költségének második összetev je a gyártási költség, melynek legnagyobb összetev je a fröccsöntés költsége, mely függ az alkalmazott gép óra költségét l, valamint a fröccsöntés ciklusidejét l. A költség csökkenthet a ciklusid csökkentésével, amely számos konstrukciós megoldással elérhet. A fészekszám növelésével az egy ciklus alatt fröccsöntött alkatrészek száma növekszik, tehát növelhet a termelékenység, azonban bizonyos határokat elérve nagyobb fröccsönt gépre van szükségünk, mely magasabb óraköltséget jelent. A ciklusid csökkenthet forró csatornás beömlési rendszer alkalmazásával is, amely során az anyagveszteség is csökkenthet, azonban költségesebb szerszám alkalmazása szükséges. A gyártási költség következ költségeleme a másodlagos gyártási költség, amely a fröccsöntés utáni tevékenységek költségét jelenti, ez lehet a csatorna maradék eltávolítása, sorjázás, feliratozás, festés, csomagolás stb. A gyártási költség elemének tekinthet a gépbeállítás költsége, melyet minden sorozatindítás esetén el kell végezni: fel kell szerelni a szerszámot a gépre, be kell állítani a szerszám h mérsékletét, be kell állítani a fröccsöntési technológiai paramétereket, próba fröccsöntéssel ellen rizni kell a helyes m ködést és a darab min ségét. A harmadik költségrészt a szerszámköltség képviseli, mely igen jelent s egyszerre jelentkez költséget jelent. A szerszámköltség két részre bontható, egyrészt a fröccsönt szerszám költsége, másrészt a másodlagos gyártási m veletekhez használt szerszámok költsége. Az egyes költség elemek természetesen összefüggnek egymással, így azokat módosítani egymástól függetlenül nem lehet, csak a fröccsöntött termék költségének csökkentését t zhetjük ki célul. Például a szerszámköltséget csökkenthetjük, ha kisebb fészekszámú szerszámot készítünk, azonban ebben az esetben a fröccsöntési költség n ni fog. Forrócsatornás szerszám esetén drága szerszámot kell készítenünk, azonban csökken az anyagköltség, nem kell a csatornamaradékot eltávolítani, illetve kezelni, rövidül a ciklusid és így a fröccsöntési költség. 181

SZERSZÁMKÖLTSÉG ELEMEI A fröccsönt szerszám költsége tovább bontható rész elemekre. Ennek els tétele a tervezési költség, melyre leginkább az alkatrész bonyolultsága van hatással. A tervezési költség a tervezésre fordított id vel arányos, a tervezési id azonban nem csak az alkatrész bonyolultságától függ, felléphetnek a tervezés során technikai problémák (CAD rendszerekben adatkonverziós modelljavítás), m anyag darab megrendel általi módosításából adódó áttervezés, amely plusz tervezési id t igényel. A termék összetettségében jelentkez kisebb eltérések nem jelennek meg közvetlenül a tervezési id ben, csak a nagyobb eltérések hatása figyelhet meg a tervezési id változásában. Mint minden gyártási feladatnál, így a szerszámgyártás során is az anyagköltség a következ költségösszetev. A szerszámgyártás alapvet en épít az el re gyártott, szabványosnak tekinthet elemek alkalmazására. A szerszám méretét l és bonyolultságától függ en, a teljes szerszám költség 10-60 % lehet az anyagköltség. 2. ábra Fröccsönt szerszám költség elemei A gyártási költség a gépi megmunkálások, a kézi megmunkálások és a szerelés költségét foglalja magában. A szerszámgyártásban a kézi megmunkálás szerepe jelent s, mivel az el írt illesztési pontosság csak a szerszámkészít k kézi munkájával érhet el. Ugyancsak kézi megmunkálást igényel a szerszám optimalizációja, a szerszámpróbák eredményeinek ismeretében a szükséges módosítások elvégzése. A szerszám alkalmazása során felmerül adminisztrációs, karbantartási és javítási költségét, valamint a használatban nem lév szerszámok tárolási költségét is figyelembe kell vennünk a szerszámozási költségek meghatározásakor. Ezek közül az adminisztrációs költség igen csekély, egy szerszámra ennek értékét igen nehéz kimutatni. A karbantartási költségek tervezhet k, el re meghatározott rutin szerint járhatunk el, meghatározva a karbantartási ciklust és az elvégzend tevékenységeket. A szerszám sérülése esetén a felmerül javítási költség igen tetemes is lehet, ezt el re tervezni nem lehet. A tárolási költség szintén nem jelent s. KÖLTSÉGET MEGHATÁROZÓ TÉNYEZ K M anyag fröccsönt szerszám költségét három, egymással valamilyen szinten összefügg tényez határozza meg. Az els és legfontosabb a m anyag termék bonyolultsága és ebb l következ en a szerszámfelépítés bonyolultsága. Els dlegesen az alámetszések, vagyis a nyitás irányában takart részek okoznak problémát, de a vékony, magas bordák, a kis átmér j furatok, fém betétek, 182

strukturált felületi el írás vagy a fokozott mérett rés is eredményezhet bonyolultabb és ez által drágább szerszámkonstrukciót. A második tényez a szerszám mérete, amit meghatároz a termék nagysága, a szerszámfelépítés bonyolultsága (az oldalsó kimozgatásoknak megfelel helyet kell biztosítani), valamint a fészekszám, vagyis az egy ciklus alatt elkészül alkatrészek száma. A harmadik tényez a beömlési rendszer típusa. A beöml rendszer típusa jelent sen befolyásolja a szerszám gyártási költségét. Ugyanazon termék esetén egy hideg csatornás és egy teljes forrócsatornás rendszerrel m köd szerszám ára között 40-50 % különbség is lehet. A választást a fröccsöntött darab gyártásának gazdaságossága határozza meg. Forrócsatornás rendszer esetén rövidebb ciklusid és így nagyobb termelékenység érhet el, ugyanakkor csökken a csatornamaradékból adódó hulladék költség (veszteség anyagköltség). Az egyes tényez k hatását egy csaknem száz szerszám adatait tartalmazó adatbázison vizsgáltuk, mely vizsgálat célja az volt, hogy alakítsunk ki egy olyan heurisztikus összefüggést, amely jól becsüli meg a szerszám tervezési és gyártási költségét. Az alkalmazott összefüggés alakja: C = C x C x C (1) sz sz_ház ahol: C sz a szerszám gyártási költsége; C sz_ház a szerszámház ára; C 1 a beöml rendszer költségtényez je, C 1 = f (C sz, beöml rendszer típusa); C 2 a tervezés és gyártás költségtényez je, C 2 = f (C sz, szerszámbonyolultság). Az egyes tényez k értékét az adott üzemben gyártott szerszámok utókalkulációs adatai alapján lehet meghatározni (3 ábra). 1 2 3. ábra C1 és C2 tényez k értékei A vizsgált szerszámok alapján a C 1 tényez értéke 1 és 1,4 közé esett, a teljes forrócsatornás rendszerrel készült szerszámhoz tartoznak a nagyobb értékek, valamint a szerszámház árának növekedésével csökken a tényez értéke, vagyis a szerszámházhoz viszonyítva a forrócsatornás rendszer okozta többletköltség aránya csökken.. A C2 tényez 6 és 12 közötti értékeket vesz fel, a szerszám bonyolultsági fokával (egyszer, átlagos, bonyolult) az érték növekszik, a szerszámház árának növekedésével csökken az érték (3. ábra). Olcsóbb szerszámházak esetén a bonyolultságnak nagyobb hatása van. 183

A SZERSZÁMHÁZ KÖLTSÉGE Mint az el z fejezetb l kit nt a szerszámház költsége kulcsfontosságú a számítások szempontjából. Költségbecslés esetén tehát ezt kell el ször meghatároznunk. Ennek els lépése a szerszámház méretének meghatározása, amelyet tapasztalati értékek figyelembe vételével veszünk fel. A 4. ábra egy 175x125 mm befoglaló méret, nyit-zár felépítés, kétfészkes szerszám esetén mutatja a számítás menetét. A szerszám magasságát a darab magassága (formalapok vastagsága) és a kilökési út (távtartó lap vastagsága) határozza meg. 4. ábra Szerszámház nagyságának meghatározása Ezen méretek alapján a szükséges szerszámház elemei katalógusból kiválaszthatóak, és így a szerszámház ára nagy pontossággal becsülhet. Az egyéb normáliák ára (vezet elemek, kilök k, csavarok, betét anyagok stb.) vizsgálataink szerint általában a szerszámház árának 30-50 %-a (kisebb házak esetén nagyobb). 5. ábra Komplett szerszámház ára a szélesség függvényében, közepes vastagságú formalapokat figyelembe véve A szerszámház méretének az árra gyakorolt hatását mutatja az 5. ábra a Meusburger cég normália katalógusa alapján (1). A szerszám egyik mérete 246 mm, a másik változik, a lapok vastagsága azonos. Mint látjuk a változás közel lineáris és látszólag nem túl nagy mérték (120-200 ), azonban a számítóképletünk tényez it figyelembe véve ennek akár a húszszorosa is lehet a teljes szerszám költségében mutatkozó különbség. Ennek következtében a szerszámház méretének és árának pontos meghatározása kulcsfontosságú a költségbecslés pontosságának szempontjából. A 6. ábra a lapvastagság és a szélesség árra gyakorolt hatását mutatja F50 jel 1.1730 anyagmin ség formalap esetén. A hatás mindkét esetben lineáris és viszonylag kis mérték, ami arra csábíthatja a tervez t, hogy kényelemi okokból nagyobb méret szerszámlapokat válasszon. Ezek a kis eltérések azonban összességében komoly költségnövel hatással járhatnak. 184

6. ábra A vastagság és a szélesség hatása az F50 jel, 246 mm hosszú, 1.1730 anyagmin ség szerszámlap esetén A választott anyagmin ség is jelent s hatással van a szerszámlapok árára, mint azt a 7. ábra diagrammjai mutatják. Mind a formalapok, mind a betétanyagok esetén a különböz anyagmin ségek jelent sen befolyásolják az árat. Ebb l következik, hogy a szerszámtervez nek az anyagválasztásra különös hangsúlyt kell fektetnie, az alkalmazási körülmények széleskör figyelembevételével kell a megfelel anyagmin séget kiválasztani. 7. ábra Az anyagmin ség hatása az F50 jel 246x346x76 méret szerszámlap és az E2660 jel 170x270x40 méret betétanyag esetén KÖVETKEZTETÉSEK M anyag fröccsönt szerszámok költségét számos tényez befolyásolja, melyek pontos ismerete elengedhetetlen a pontos el kalkuláció készítéséhez. Ezen adatok egyrészt a gyártandó termékhez kapcsolódnak (alak, anyag stb.), másrészt azonban a megrendel szerszámmal kapcsolatos elképzeléseit is tartalmazzák (fészekszám, beömlés módja, aktív szerszámelemek, normália gyártó, fröccsönt gép típusa stb.). Ezen adatok pontos ismerete és azonos módon történ értelmezése mind a megrendel, mind a szerszámgyártó számára nélkülözhetetlen. IRODALOMJEGYZÉK 1. Meusburger normália katalógus, Meusburger Georg GmbH & Co. 2006. SZERZ Dr. Mikó Balázs, f iskolai docens, intézetigazgató-helyettes, Budapesti M szaki F iskola, Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar, Anyagtudományi és Gyártástechnológiai Intézet, 1081 Budapest Népszínház u. 8. e-mail: miko.balazs@bgk.bmf.hu A kutatást a Magyar Tudományos Akadémia Bolyai János Kutatási ösztöndíj programja támogatja. 185