Costurile de producție și ratele de producție creează un interes crucial pentru toți inginerii de producție. Economia tăierii metalelor se referă în mare măsură la utilizarea cât mai bună a resurselor de producție (Boothroyd și Knight 1989). Variabilele care afectează economia unei operațiuni de prelucrare sunt numeroase, care includ materialul sculei, materia primă, investiția în cheltuieli generale, capacitatea mașinii-unelte, abilitățile de operare și condițiile de tăiere.

Termeni de bază

În următoarea discuție, doi termeni legați de economia prelucrării sunt definiți astfel:

1. Cost de producție: costul mediu total pentru efectuarea operației de prelucrare pe o componentă folosind o singură mașină
2. Timp de producție: timpul mediu necesar pentru a produce o componentă

Fabricarea este un sistem complex și, de obicei, o singură operațiune de prelucrare nu poate finaliza fabricarea unei componente. O eficiență sau o rată de producție ridicată ar însemna probabil costuri de producție scăzute. Dar aceste două fapte trebuie luate în considerare separat, deoarece condițiile de prelucrare care asigură ritmul maxim de producție pot fi condițiile care oferă costuri minime de producție. În practică, condițiile optime de prelucrare pot fi rareori atinse din cauza unor constrângeri:

• Variabilitatea sculelor și a materialului de lucru
• Gama de viteze, putere, avans și stabilitatea mașinilor
• Mașini-unelte inadecvate
• Finisajul, integritatea suprafeței și acuratețea dimensională necesare
• Date de cost insuficiente

Problema este de a regla mașina în conformitate cu constrângerile astfel încât producția să poată fi realizată cât mai aproape de condițiile optime de prelucrare. Și, de asemenea, condițiile optime pentru o operație de prelucrare pot să nu fie condițiile optime pentru un sistem complet de producție.

Criterii de performanță pentru prelucrare

În general, fabricarea unei componente va implica mai multe operațiuni de prelucrare folosind o varietate de mașini-unelte, iar majoritatea mașinilor-unelte sunt utilizate pentru mai mult de un tip de componentă. Astfel, optimul economic actual pentru orice operație de prelucrare trebuie să ia în considerare alte procese care vor fi efectuate pe acea componentă. Compania producătoare este mai interesată de profitul total decât de operațiunile individuale de prelucrare și de o singură componentă într-o anumită perioadă.

Criteriile economice, considerate în mod normal pentru operațiunile practice de prelucrare, pentru a alege vitezele de așchiere, avansurile, geometria sculei, sculele și materialele de lucru, fluidele de așchiere și mașinile-unelte sunt:

• Cost minim: creșterea dimensiunii lotului reduce întotdeauna costul de producție, iar dimensiunea economică a lotului pentru mașina apreciată depinde atât de condițiile de tăiere, cât și de prelucrabilitatea lucrare-sculă.
• Producție maximă: creșterea dimensiunii lotului crește ritmul maxim de producție.
• Rata maximă de profit (eficiență maximă): condițiile optime pentru profituri maxime sunt apropiate de condițiile de cost minim.

O estimare a factorilor de cost este importantă deoarece ar afecta condițiile optime de prelucrare selectate. Metodele de calcul pentru aceste costuri pot varia de la diferite sisteme de producție la diferite componente. Elementele de bază ale estimării costurilor aplicabile în majoritatea cazurilor pot fi exprimate ca

Cpr = Cm + Ct + Cs + Cn (14)

unde Cpr este costul mediu pe piesă, Cm este costul de prelucrare, Ct este costul sculelor, Cs este costul de schimbare a sculei și Cn este costul neproductiv sau de mers în gol.

Figura 9 prezintă graficele calitative privind efectul vitezei de tăiere asupra costurilor de producție. Detalii despre costurile de producție sunt:

1. Costul de prelucrare este costul direct al forței de muncă și al mașinii cu costul general pentru prelucrarea unei singure componente, incluzând salariul și beneficiile operatorului, rata de amortizare a mașinii-unelte, costul general al mașinii, cum ar fi costurile de service și întreținere a mașinii, consumul de energie etc. Timpul de prelucrare este determinat după tipurile de operaţii de prelucrare şi condiţiile de tăiere utilizate. După cum se arată în Fig. 9a, creșterea vitezei de tăiere va scădea costul de prelucrare deoarece timpul de prelucrare este mai mic.

2. Costul sculelor este costul sculelor de tăiere și al reșlefuirii sculelor rectificabile etc., pentru prelucrarea unei singure componente. După cum se arată în Fig. 9b, creșterea vitezei de tăiere va crește, de asemenea, costul sculelor, deoarece uzura sculei este rapidă și sunt necesare mai multe scule de tăiere pentru a prelucra componenta.

3. Costul de schimbare a sculei este costul suportat pentru scoaterea sculei uzate din mașina unealtă, plasarea unei noi scule și setarea noii scule în poziția adecvată pentru prelucrarea unei componente. După cum se arată în Fig. 9c, creșterea vitezei de tăiere va crește, de asemenea, costul de schimbare a sculei, deoarece mai multe scule de tăiere utilizate necesită mai mulți timpi de schimbare a sculei.

4. Costul neproductiv sau de mers în gol este costul care nu este direct asociat cu operațiunile de fabricație, incluzând costul de încărcare și descărcare a componentei, costul timpului de mers în gol și alte costuri de timp neproductiv care nu sunt incluse în costul total pe componentă. După cum se arată în Fig. 9d, creșterea vitezei de tăiere nu va modifica costul neproductiv sau de mers în gol, deoarece acest cost suportat pentru funcționarea companiei nu este asociat cu operațiunile de producție, indiferent de tipul de muncă, lot și volum. Figura 10 prezintă graficele calitative ale efectului vitezei de tăiere asupra costului total de producție. Rețineți că există o viteză optimă de prelucrare pentru costul de fabricație. Viteza de tăiere apropiată de starea optimă este cunoscută sub numele de interval de prelucrare cu eficiență ridicată.

Alți factori pot limita selecția condițiilor optime de prelucrare, incluzând puterea maximă de prelucrare și forța maximă de prelucrare

Putere_de tăiere = cνf ^αa^β (15)

și

F = kf ^αa^β (16)

unde c, k, α și β sunt constante, f este viteza de avans, v este viteza de tăiere și a este adâncimea de tăiere. Toate acele selecții ale vitezei de tăiere, vitezei de avans și adâncimii de tăiere nu trebuie să depășească puterea de tăiere și forța de prelucrare disponibile.