Materiały i surowce

Dobór materiałów i surowców decyduje o trwałości, koszcie i powtarzalności wykonania detalu. W produkcji elementów stalowych łączymy gatunek metalu, format wsadu i technologię obróbki tak, aby detal spełniał wymagania rysunku bez zbędnego przewymiarowania. Dla firm oznacza to stabilną serię i łatwiejsze planowanie zakupów, a dla klientów indywidualnych trwały element dopasowany do konkretnego zastosowania.

Co oznaczają materiały i surowce w produkcji elementów stalowych?

W gospodarce surowiec jest zasobem wyjściowym, a w produkcji staje się materiałem wtedy, gdy przypiszemy mu funkcję, parametry i proces obróbki. Ta różnica ma znaczenie praktyczne, bo inaczej dobiera się materiał dla wspornika, a inaczej dla osłony pracującej w wilgoci lub w kontakcie ze środkami chemicznymi. Trafna kwalifikacja już na początku porządkuje cały dalszy proces.

Surowiec i materiał pełnią różne role

W praktyce surowce do elementów stalowych mają postać blach, prętów, rur i profili w określonym gatunku oraz grubości. Materiał do elementów stalowych to ten sam wsad, powiązany już z wymaganiami projektu, takimi jak nośność, odporność korozyjna, możliwość gięcia czy późniejsze malowanie proszkowe. Samo określenie stal albo aluminium nie wystarcza. Liczą się jeszcze format arkusza, dostępność partii, kierunek walcowania i to, czy detal będzie poddawany cięciu laserowemu, gięciu, toczeniu czy frezowaniu CNC, czyli obróbce sterowanej numerycznie.

Jak dobrać materiały do elementów stalowych bez przewymiarowania kosztu?

Dobór materiałów do elementów stalowych zaczyna się na etapie dokumentacji lub prototypu. Właściwa kwalifikacja materiału skraca wdrożenie, ułatwia kontrolę wymiarów i pozwala zaplanować dalsze procesy powierzchniowe. Koszt zależy nie tylko od gatunku, lecz także od ilości, grubości, formatu wsadu i poziomu odpadu po rozkroju.

Dane projektu, które wpływają na dobór

Przy doborze materiału bierzemy pod uwagę:

środowisko pracy detalu,
wymaganą nośność i sztywność,
tolerancję, czyli dopuszczalne odchylenie wymiaru,
rodzaj powierzchni końcowej,
wielkość serii i sposób montażu.

Takie dane pokazują, czy lepsza będzie stal konstrukcyjna, stal nierdzewna, aluminium, mosiądz albo tworzywo techniczne. Jeżeli projekt jest na etapie założeń, prześlij rysunek lub opis funkcji detalu, a dobierzemy materiał oraz proces do realnych warunków pracy.

Forma wsadu i technologia obróbki

Forma wsadu wpływa na cenę równie mocno jak gatunek. Element wycinany z blachy wymaga innego układu rozkroju, czyli rozmieszczenia detali na arkuszu, niż detal wykonywany z pręta lub rury. Przy dużych seriach właściwie dobrany format ogranicza odpad materiałowy i przyspiesza rozkrój, a przy detalach precyzyjnych ułatwia utrzymanie powtarzalności po gięciu oraz obróbce skrawaniem. Znaczenie ma też wykończenie. Jeśli detal ma być cynkowany, malowany proszkowo albo elektropolerowany, gatunek materiału trzeba dobrać tak, aby końcowa powierzchnia spełniła wymagania użytkowe i estetyczne. Zmiana materiału ma sens wtedy, gdy detal pracuje w nowym środowisku, trzeba obniżyć masę albo skrócić czas obróbki bez utraty funkcji.

Które surowce sprawdzają się w praktyce?

O wyborze surowców do elementów stalowych decyduje funkcja końcowa, nie przyzwyczajenie. Inny materiał sprawdza się w ramie nośnej, inny w osłonie, a jeszcze inny w lekkiej zabudowie urządzenia. Takie decyzje podejmuje się przy ramach, osłonach, zabudowach, wspornikach i detalach montażowych. Decydują warunki pracy, wymagana masa i planowana obróbka.

Stal konstrukcyjna, nierdzewna, aluminium i materiały uzupełniające

W praktyce najczęściej stosujemy kilka grup materiałów. Stal konstrukcyjna dobrze przenosi obciążenia i pozostaje opłacalna przy średnich oraz dużych seriach. Stal nierdzewna sprawdza się tam, gdzie liczy się odporność na wilgoć, środki czyszczące lub estetyczna powierzchnia po wykończeniu. Aluminium wybiera się wtedy, gdy ważna jest niższa masa i dobra obrabialność. Mosiądz, miedź i tworzywa techniczne pełnią rolę materiałów uzupełniających w detalach wymagających przewodności, izolacji, ślizgu albo ograniczenia masy. Najczęstsze korzyści z takiego podziału to:

stal konstrukcyjna daje korzystny stosunek nośności do kosztu,
stal nierdzewna ogranicza wymagania konserwacyjne,
aluminium zmniejsza masę gotowego podzespołu,
metale kolorowe i tworzywa wnoszą właściwości, których sama stal nie ma.

Cięcie laserowe stosuje się do stali węglowej, stali nierdzewnej, aluminium, miedzi i mosiądzu. Zakres grubości obejmuje materiały cieńsze niż 1 mm i sięga kilkudziesięciu mm, co pozwala wykonywać zarówno cienkie osłony, jak i masywniejsze elementy stalowe z otworami o małej średnicy oraz złożonym kształtem. Parametry obróbki muszą odpowiadać materiałowi. Przy cięciu stali konstrukcyjnej zwykle stosuje się tlen, przy stali nierdzewnej azot, a przy miedzi i mosiądzu również azot, bo rodzaj gazu wpływa na jakość krawędzi i zakres późniejszej obróbki wykończeniowej. Frezowanie i toczenie CNC pozwalają obrabiać stal węglową, stal nierdzewną, aluminium, mosiądz i tworzywa, co daje dużą swobodę przy wykonywaniu detali wymagających otworów, faz, gwintów i dokładnych baz montażowych.

Dlaczego pochodzenie partii materiału jest tak ważne?

Ewidencja materiałów i ruchów magazynowych w systemie ERP pomaga powiązać potrzeby produkcyjne z dostępnymi zapasami i dokumentami obrotu. W przypadku zleceń wymagających identyfikowalności istotne jest również zachowanie powiązania numerów partii i dokumentacji materiałowej z realizowanym wyrobem.

Pochodzenie partii materiału ma znaczenie wszędzie tam, gdzie liczy się zgodność z dokumentacją, powtarzalność kolejnych serii i możliwość odtworzenia procesu. Sama nazwa gatunku nie wystarcza. Ważne są także numer partii, dokument potwierdzający pochodzenie wsadu oraz możliwość powiązania materiału z gotowym detalem, czyli identyfikowalność. Dla klienta oznacza to:

powtarzalność parametrów przy kolejnych zamówieniach,
łatwiejsze odtworzenie procesu po zmianie konstrukcyjnej,
sprawniejszą kontrolę jakości i zgodności materiałowej,
większą przewidywalność przy dalszej obróbce powierzchniowej.

Identyfikowalność jest szczególnie ważna w produkcji przemysłowej, ale korzysta z niej także klient indywidualny, który po czasie zamawia ten sam element lub jego modyfikację. Stałe przypisanie materiału do dokumentacji skraca ponowne wdrożenie i ułatwia utrzymanie tego samego poziomu wykonania.

Materiały i surowce jako podstawa przewidywalnej realizacji

Dobrze dobrane materiały i surowce wpływają na każdy etap realizacji, od zakupu wsadu po końcową kontrolę wymiarów i powierzchni. Właściwie dobrany materiał upraszcza produkcję, ogranicza niepotrzebne operacje i daje powtarzalny rezultat zarówno w serii przemysłowej, jak i w krótszej realizacji wykonywanej na zamówienie. Dlatego dobór zaczynamy od funkcji detalu, a nie od samej nazwy metalu. Dla działów zakupów oznacza to łatwiejsze porównanie wariantów materiałowych, dla konstruktorów większą swobodę przy zmianach rysunku, a dla utrzymania ruchu szybsze odtworzenie części zamiennej. Klient zyskuje nie tylko detal zgodny z projektem, lecz także przewidywalny proces od pierwszej partii po kolejne serie. Jeżeli chcesz porównać warianty materiałowe dla konkretnego detalu, wyślij dokumentację lub podstawowe wymiary, a przygotujemy rozwiązanie dopasowane do zastosowania, technologii i zakładanej serii.

Jak dobierać materiały i surowce do elementów stalowych?

Dobieraj materiał na podstawie funkcji detalu, środowiska pracy, nośności, tolerancji i sposobu wykończenia, a nie samej nazwy metalu.
Łącz gatunek, format wsadu i technologię obróbki, aby ograniczyć odpad, utrzymać powtarzalność i uniknąć niepotrzebnego zwiększania kosztów.
Wybieraj stal konstrukcyjną dla opłacalnej nośności, stal nierdzewną dla odporności korozyjnej, a aluminium dla niższej masy i dobrej obrabialności.
Dopasowuj materiał do procesu, bo cięcie laserowe, gięcie oraz frezowanie i toczenie CNC wymagają innych parametrów dla stali, aluminium, miedzi czy mosiądzu.
Kontroluj pochodzenie partii i identyfikowalność materiału, aby łatwiej odtwarzać kolejne serie, utrzymać jakość i zgodność z dokumentacją.
Przesyłaj rysunek lub opis funkcji detalu już na etapie projektu, aby szybciej dobrać materiał, wykończenie i proces produkcji.