El caso de negocio para el corte por chorro de agua abrasivo

Un sistema de chorro de agua abrasivo debería reducir los costos de producción y, para los talleres, facilitar la venta de capacidad. El costo por pieza es fundamental para esta ecuación. imágenes falsas

"¿Cómo es posible que estén ganando dinero con este trabajo?" Es una pregunta que la gente de la fabricación de metal continúa haciéndose, generalmente después de enterarse de una oferta aparentemente por debajo del costo de un competidor. Muchos asumen que es solo una oferta baja para atraer al cliente; el competidor no podrá entregar a ese precio por mucho tiempo, y dentro de unas pocas semanas o meses el prospecto volverá a solicitar otra cotización.

Esto sucede, por supuesto. Dicho esto, las grandes recesiones económicas, ya sea la caída de las puntocom, la Gran Recesión o la gran parálisis económica de 2020, tienden a eliminar las tiendas que no controlan bien sus costos. Eso deja operaciones de alto rendimiento que manejan muy bien los costos, y cuando ofertan por debajo de la competencia para ganar trabajo, tienden a mantenerlo y, aún mejor, mantener o aumentar su rentabilidad.

¿Cómo hacen exactamente esto? Se enfocan en la excelencia operativa y analizan todo el ciclo de cotización a cobro. Como parte de esto, se enfocan en su costo por pieza. A medida que continúan realizando inversiones tecnológicas estratégicas, su costo por pieza continúa disminuyendo. Sin embargo, esto sucede solo si un fabricante considera el panorama general y sopesa todos los costos asociados con la compra y operación de una determinada tecnología.

El corte por chorro de agua abrasivo es un buen ejemplo. Comprender todos los costos asociados con el proceso de chorro de agua abrasivo, y especialmente cómo se aplican estos costos a la aplicación prevista, no es tan sencillo como podría parecer.

El abrasivo es la vanguardia del chorro de agua. Una ciencia en sí misma, la selección del abrasivo granate correcto depende de la configuración de su sistema de chorro de agua, lo que está cortando y la calidad de borde que necesita. Pero el abrasivo es solo la mitad de la ecuación; la otra mitad involucra cómo esas partículas abrasivas de bordes afilados se impulsan a través del corte.

Comienza con una bomba intensificadora o de transmisión directa que genera agua a alta presión, que fluye a través de un orificio de joya y se convierte en agua a alta velocidad. El agua y el abrasivo se mezclan en la cámara de mezcla donde las partículas abrasivas se aceleran a velocidades cercanas a las del chorro de agua. Luego se reenfocan en una corriente de corte cohesivo a través del tubo de mezcla o enfoque. Por lo general, se recomienda que el diámetro interior del tubo de enfoque sea tres veces el diámetro del orificio de la joya. Por ejemplo, un orificio de 0,010 pulg. de DI se acoplaría con un tubo mezclador de 0,030 pulg. de DI.

La idea es optimizar la velocidad y la densidad de potencia de un chorro de agua abrasivo para la aplicación. Proporcione la velocidad y la potencia adecuadas a las partículas abrasivas que cortan la pieza de trabajo y hará que la acción de corte sea más eficaz.

Desde 1971, los sistemas de corte por chorro de agua han estado en funcionamiento en talleres de fabricación de todo el mundo. Ha habido muchos avances tecnológicos en los últimos 49 años. En 2008, los fabricantes de chorro de agua introdujeron bombas de chorro de agua de 90 000 PSI para mejorar las capacidades de producción.

A lo largo de los años, muchos han diseccionado el proceso de corte por chorro de agua, describiendo los méritos de las diferentes bombas, presiones, configuraciones de cabezales de corte y mesas. Sin embargo, todas estas son solo piezas del rompecabezas. Lo que realmente importa son los resultados. El propietario de la empresa debe ensamblar las piezas de la manera correcta para cumplir o superar los requisitos de calidad y, al mismo tiempo, proporcionar el costo más bajo por pieza para la mayoría de la combinación de trabajos.

El costo de operación de una bomba varía directamente con su potencia (verFigura 1 ). Las bombas con mayor HP pueden impulsar más agua y abrasivo a través de orificios más anchos. El tamaño máximo del orificio para una bomba de 60 HP y 90 000 PSI puede ser de 0,011 pulg., mientras que una bomba de 125 HP y 90 000 PSI puede impulsar un flujo más grande a alta velocidad a través de un conducto de 0,016 pulg. orificio.

Sí, opere una bomba de 30 HP junto a una bomba de 125 HP durante un turno de ocho horas y la de 125 HP acumulará más costos operativos. Pero esto no revela el verdadero costo por pieza. De hecho, comprar un chorro de agua basado únicamente en su alta potencia es un poco como comprar una camioneta grande, estacionarla en el camino de entrada y luego buscar algo para transportar. Para los dueños de negocios que usan su camión como herramienta, lo que compran depende de lo que necesitan transportar. De manera similar, los fabricantes compran equipos, incluido un sistema de chorro de agua, en función de la combinación y el volumen de trabajos que tienen ahora y que les gustaría tener en el futuro.

El costo por pieza variará según el trabajo, pero las variables son prácticamente las mismas. Para ilustrar, comencemos con un trabajo específico: un cuadrado de aluminio de 1 pulgada de espesor con 50 pulgadas de área de corte y una cantidad de 250 piezas, probado con diferentes bombas de chorro de agua de un fabricante (KMT Waterjet) con diferentes caballos de fuerza y ​​presiones. .

La prueba da como resultadoFigura 2 muestran que la velocidad de corte generalmente también varía directamente con la potencia. Para este trabajo de corte de aluminio, cuanto más potencia tenga la bomba, mayor será la velocidad del chorro de agua, lo que dará como resultado un corte más rápido. Teniendo en cuenta esto, no sorprende que la capacidad general también aumente con los caballos de fuerza (verfigura 3 ). Con máquinas con mayor capacidad, los operadores pueden cortar más piezas por día y realizar múltiples tareas.

Pero incluso todo esto no cuenta la historia completa porque pasa por alto uno de los costos más grandes: el uso de abrasivos. Según la bomba, el abrasivo específico utilizado, la cantidad y el número de cabezales de corte, la utilización de abrasivo representa entre el 50 % y el 75 % de los costos operativos totales.

Figura 4 muestra el uso abrasivo del trabajo de aluminio. El uso de abrasivo varía con PSI, y esto nuevamente tiene que ver con la potencia y la velocidad detrás de las partículas abrasivas individuales. Con la combinación de más caballos de fuerza y ​​una presión operativa creciente de 60 000 a 90 000 PSI, la velocidad del chorro de agua mezclado con granate significa que un sistema utilizará significativamente menos abrasivo para cortar piezas más rápido. Para este trabajo, las bombas con PSI más alto usaron mucho menos abrasivo que las bombas con PSI más bajo.

Usar menos abrasivo tiene implicaciones significativas. Los cálculos de costos operativos típicos incorporan solo el uso, es decir, la cantidad de abrasivo que fluye a través de la ranura y hacia el tanque. Pero abundan los costos ocultos, especialmente en el manejo de abrasivos. Esto comprende el costo de desembolso inicial de comprar más abrasivo, más espacio de almacenamiento, transportar el abrasivo alrededor de la instalación, descargarlo en la tolva de la máquina, sacarlo del tanque y desecharlo. Diez horas a la semana transportando abrasivo por el taller, con una tarifa de mano de obra de $40 por hora, puede sumar alrededor de $20,000 al año.

Reducir el costo por pieza implica más que elegir una configuración que le brinde la mayor cantidad de pulgadas por minuto. Una vez más, IPM es solo una parte de la ecuación. Una mayor presión, un menor uso de abrasivos y una mayor velocidad de corte se combinan para reducir el costo por pieza, lo que lleva a los costos por pieza que se muestran enFigura 5.

Digamos que debe elegir entre una bomba de 100 HP a 60 000 PSI, una bomba de 60 HP a 90 000 PSI y una bomba de 50 HP a 60 000 PSI. La Figura 1 muestra que los costos operativos para la bomba de 100 HP son, por supuesto, más altos. Las Figuras 2 y 3 muestran que tanto los sistemas de 60 HP como los de 100 HP cortan estos 1-in. piezas de aluminio a un borde liso básicamente a la misma velocidad. El sistema de 50 HP corta un poco más lento, aunque no de manera dramática.

Pero, de nuevo, este no es el final de la historia. Como se muestra en la Figura 4, ese sistema de 90,000 PSI usó mucho menos abrasivo. Es por eso que este sistema de ultra alta presión de 60 HP puede reducir este trabajo a casi $1 menos por pieza que el sistema de mayor HP y casi $3 menos por pieza que el sistema de menor HP.

En el extremo superior e inferior del espectro de la bomba en el gráfico, las diferencias se vuelven aún más marcadas. Una bomba de 125 HP puede hacer este trabajo a menos de la mitad del costo por pieza que una bomba de 30 HP.

Figura 1 Los costos operativos aumentan con la potencia, pero esta no es toda la historia. (Los costos operativos en este cuadro incluyen el uso de abrasivo, $0.30 por libra; servicios públicos; y piezas de desgaste y consumibles).

Al sopesar este costo por pieza con el retorno de la inversión (ROI), puede abordar la nueva tecnología de chorro de agua con los ojos bien abiertos para ver la imagen completa. Por supuesto, un sistema de menor HP tendrá un ROI más corto que un sistema de mayor HP. Pero el ROI del sistema de mayor HP puede ser variable, especialmente si el costo promedio por pieza es significativamente más bajo. Ese costo más bajo podría impulsar el volumen del trabajo de corte por chorro de agua hacia las nubes y, por lo tanto, acortar el retorno de la inversión.

Cada operación de chorro de agua tiene su nicho, su ROI deseado y una situación de mercado única, razón por la cual hay disponible una variedad tan grande de sistemas de chorro de agua. El éxito depende de la capacidad de una operación para vender su capacidad, y la idea es facilitar la venta de esa capacidad.

Determinar el costo por pieza traduce efectivamente las especificaciones de un sistema de chorro de agua, como HP y PSI, en una variable que puede encajar en la ecuación de "venta de capacidad de corte por chorro de agua" de un taller. Por supuesto, el costo por pieza no es el único factor. La dinámica del mercado también juega un papel, al igual que otros pasos de fabricación en la ruta de trabajo de un taller. Un trabajo de "solo corte" es muy diferente de una pieza cortada con chorro de agua que es solo una pieza de un enrutamiento de trabajo complicado con una lista de materiales de varios niveles.

Aun así, el cálculo del costo por pieza sigue siendo fundamental. En muchos casos, es el ingrediente clave que permite a un fabricante ganar más participación en los mercados existentes e introducir el corte por chorro de agua en mercados completamente nuevos.

Digamos que un prospecto quiere reemplazar un costoso proceso de maquinado con corte por chorro de agua. Llama a varios talleres y recibe una gama de precios, todos más bajos que la operación de mecanizado actual. Pero hay que considerar el proceso de aprobación de ingeniería, tal vez algunos cambios de diseño para optimizarlo para el chorro de agua abrasivo. ¿Vale la pena?

Luego, el cliente potencial llama a otra tienda que cotiza un precio mucho más bajo que los demás, y el cliente potencial decide dar el salto. ¿Cómo es posible que esta tienda gane dinero? No es apostar a ciegas. En cambio, el taller invierte en tecnología, conoce sus costos por pieza y su objetivo de retorno de la inversión, fija los precios en consecuencia, gana el trabajo y aun así termina siendo una de las operaciones más rentables del área.