W rachunku kosztów wytworzenia detalu cena narzędzia skrawającego jest pozycją zaskakująco skromną. Jak zwraca uwagę Łukasz Mańka, Moldino Technical Business Development Manager w MMC Hardmetal, koszt narzędzi to zwykle jedynie 3–5% całkowitego kosztu wytworzenia detalu. Właśnie dlatego kierowanie się wyłącznie ceną zakupu uważa on za jeden z najczęstszych błędów popełnianych przez firmy produkcyjne.

Powiązane firmy

Paradoks polega na tym, że choć sama cena narzędzia stanowi niewielki odsetek kosztów produkcyjnych, jego właściwości wpływają na niemal wszystkie pozostałe składniki kosztów. Od tego, jak długo wytrzyma ostrze, z jakimi parametrami może pracować i jak przewidywalnie się zużywa, zależą czas pracy obrabiarki, obciążenie operatora, liczba przestojów i poziom braków. Oszczędność poczyniona przy zakupie może więc wrócić do zakładu jako znacznie wyższy koszt – rozłożony na każdą wyprodukowaną sztukę.

Gdzie naprawdę powstaje koszt detalu

– Znacznie większy wpływ na rachunek ekonomiczny mają czas obróbki, liczba przezbrojeń, trwałość narzędzia oraz przestoje obrabiarki. Tanie narzędzie może wymagać częstszej wymiany i pracy na niższych parametrach skrawania, przez co rzeczywisty koszt produkcji rośnie – wyjaśnia Łukasz Mańka. Jego zdaniem optymalizacja powinna obejmować cały proces technologiczny, a nie tylko pozycję w zamówieniu. W wielu przypadkach droższe, ale wydajniejsze narzędzie pozwala skrócić czas cyklu, zwiększyć trwałość ostrza i ograniczyć liczbę wymian, co przekłada się nawet na kilkudziesięcioprocentowe oszczędności w kosztach produkcji.

Narzędziem, które pozwala uporządkować ten rachunek, jest analiza całkowitego kosztu posiadania – TCO (Total Cost of Ownership). Tadeusz Wojtanek, Training & Knowledge Center Lead w Sandvik Polska, tłumaczy, że łączy ona cenę zakupu narzędzia z kosztami, które generuje ono lub pozwala ograniczyć w trakcie produkcji.

– Kalkulacja powinna uwzględniać trwałość narzędzia, czas cyklu, wykorzystanie maszyny, czas przezbrojeń i wymiany narzędzi, koszty braków i poprawek, utrzymywanie zapasów magazynowych oraz nieplanowane przestoje. Największy wpływ na TCO mają zazwyczaj produktywność i stabilność procesu, ponieważ krótsze czasy cyklu oraz mniejsza liczba zakłóceń często przynoszą większe oszczędności niż niższa cena zakupu – mówi Tadeusz Wojtanek.

Ekspert z Sandvik Polska zwraca również uwagę na koszty, które w kalkulacjach klientów często w ogóle się nie pojawiają. To czas, jaki operatorzy poświęcają na wyszukiwanie, zamawianie i wymianę narzędzi, kapitał zamrożony w zapasach magazynowych, koszty zakupów awaryjnych i utraconej produkcji, a także skutki niejednolitej jakości wyrobów. Są to pozycje rozproszone po różnych działach firmy i trudne do przypisania konkretnemu narzędziu – dlatego tak łatwo je przeoczyć.

Materiał narzędziowy jako dźwignia produktywności

Jednym z najważniejszych czynników, który decyduje o tym, jak narzędzie zachowuje się w procesie, jest materiał, z jakiego zostało wykonane. W ostatnich latach właśnie w tym obszarze zaszły zmiany, które bezpośrednio przekładają się na koszt detalu.

– Współczesne materiały narzędziowe – od nowoczesnych gatunków węglika spiekanego po materiały supertwarde, takie jak CBN i PCD – zapewniają wyższą odporność na zużycie, temperaturę oraz obciążenia mechaniczne. Przekłada się to na większą trwałość narzędzi i stabilność procesu. Dzięki temu możliwe jest stosowanie wyższych parametrów skrawania, skrócenie czasu obróbki oraz ograniczenie liczby wymian narzędzi i nieplanowanych przestojów – tłumaczy Bartłomiej Wróbel, kierownik działu technicznego w firmie Ceratizit.

Jak zauważa, w praktyce jest to szczególnie widoczne w wymagających branżach, takich jak lotnictwo, energetyka czy motoryzacja. Odpowiednio dobrany materiał narzędziowy umożliwia nie tylko zwiększenie produktywności, ale również poprawę jakości obrabianych powierzchni, zwiększenie przewidywalności procesu i ograniczenie liczby braków.

Bartłomiej Wróbel obserwuje przy tym wyraźną zmianę podejścia: przy ocenie efektywności ekonomicznej firmy coraz częściej analizują całkowity koszt wykonania detalu, a nie wyłącznie koszt zakupu narzędzia. – To właśnie innowacje materiałowe są dziś jednym z kluczowych czynników zwiększających konkurencyjność nowoczesnej produkcji – podkreśla.

Nawet najlepszy materiał nie gwarantuje jednak sukcesu, jeśli narzędzie nie zostanie dopasowane do konkretnego zadania produkcyjnego.

Wielkość serii ma znaczenie

Jak podkreśla Łukasz Mańka, wielkość serii ma bardzo duży wpływ na dobór narzędzi skrawających. W produkcji wielkoseryjnej kluczowe są wydajność, trwałość i stabilność procesu. Nawet niewielkie skrócenie czasu obróbki pojedynczego detalu przynosi tu znaczące oszczędności w skali tysięcy sztuk. W takich zastosowaniach często opłaca się więc inwestować w bardziej zaawansowane i droższe rozwiązania.

Inaczej wygląda to przy produkcji jednostkowej lub małoseryjnej. Tam, jak wskazuje przedstawiciel MMC Hardmetal, większe znaczenie mają uniwersalność narzędzi oraz ograniczenie kosztów przygotowania procesu. Każde nowe zlecenie oznacza bowiem nowe ustawienia, kolejne programy i inne narzędzia w magazynie – a narzędzie, które sprawdzi się w wielu zadaniach, upraszcza całą logistykę produkcji.

– Nie oznacza to jednak, że należy wybierać najtańsze rozwiązania. Niezależnie od wielkości serii należy analizować całkowity koszt procesu, uwzględniając czas pracy maszyny, przezbrojenia, trwałość narzędzi oraz wymaganą jakość wykonania detalu – zastrzega Łukasz Mańka.

Oprawka – element, o którym lepiej nie zapomnieć

Wspomniana uniwersalność ma jednak swoje granice – zwłaszcza tam, gdzie narzędzie łączy się z maszyną. Na koszt jednostkowy wpływa bowiem nie tylko samo ostrze, ale też system, w którym jest ono zamocowane.

– Wybór oprawek bezpośrednio kształtuje koszt jednostkowy detalu, ponieważ odpowiadają one za powtarzalność wymiarową, czas obróbki i żywotność narzędzi. Sztywne, precyzyjne systemy pozwalają stosować lepsze parametry obróbki, redukują drgania i uszkodzenia krawędzi skrawających – mówi Damian Rudenko, inżynier sprzedaży w firmie Arcotools. I dodaje, że nie oznacza to, że zawsze najlepsze są rozwiązania najdroższe – liczy się przede wszystkim ich dopasowanie do wymagań i jakości pozostałych elementów procesu.

Zdaniem eksperta Arcotools dobrze dobrane mocowanie może obniżyć koszty nawet o kilkadziesiąt procent. Za jeszcze ważniejszą korzyść uważa on jednak uspokojenie produkcji: szybsze i łatwiejsze przezbrojenia, mniej braków i mniej błędów operatora. Jak przyznaje, właśnie taki argument najczęściej przekonuje klientów do zmian w procesie.

Najczęstszym błędem jest dobór oprawek bez uwzględnienia wymagań konkretnej operacji. – Inne wymagania będzie mieć obróbka zgrubna, inne wykańczająca czy gwintowanie. Mocowanie uniwersalne może zmuszać operatora do zbyt dużego wysięgu narzędzia, co zwiększa podatność na drgania. Pozorna oszczędność wynikająca ze stosowania jednego typu oprawek we wszystkich procesach szybko generuje koszty, których można byłoby uniknąć – wyjaśnia Damian Rudenko.

Drugim obszarem jest tzw. higiena procesu, czyli przestrzeganie instrukcji użytkowania. Brak kontroli bicia oprawki może na przykład przyspieszyć zużycie zarówno narzędzi, jak i współpracującej z nią maszyny.

– Błędy w przygotowaniu i konserwacji oprawek powodują wzrost kosztów nawet w przypadku bardzo dobrych systemów mocowania – podkreśla przedstawiciel Arcotools.

Przykład z obróbki kół zębatych

To, że narzędzie trzeba dobierać w kontekście całego procesu, a nie tylko pod kątem danego detalu, dobrze widać w przypadku konkretnych zastosowań. Artur Łukaszewicz, właściciel firmy Tradensa, jako przykład podaje obróbkę kół zębatych. Narzędzia są tu wyspecjalizowane i kosztowne, a błędy szybko odbijają się na jakości uzębienia. Najczęstszym błędem jest wybór narzędzia według ceny, bez analizy wydajności i całkowitego kosztu eksploatacji.

– W obróbce uzębień kluczowe jest dopasowanie narzędzia nie tylko do materiału i geometrii detalu, lecz także do obrabiarki. Inne rozwiązania i parametry sprawdzą się na nowoczesnej maszynie CNC, a inne na obrabiarce konwencjonalnej o niższej sztywności, ograniczonym zakresie obrotów czy mniej stabilnym mocowaniu. Zbyt agresywne parametry nie skracają produkcji, jeśli prowadzą do drgań, szybkiego zużycia i braków – mówi Artur Łukaszewicz.

Według niego często pomija się też czynniki pozornie drugorzędne: bicie narzędzia, stan oprawki, chłodzenie i właściwy moment ostrzenia. Skutkiem są dłuższe cykle, gorsza jakość uzębienia i wyższy koszt detalu.

Punktem wyjścia przy wyborze narzędzi do obróbki kół zębatych powinien być – zdaniem właściciela Tradensy – koszt wykonania jednej części. W rachunku trzeba uwzględnić trwałość narzędzia, czas cyklu, liczbę możliwych ostrzeń, koszt powłoki, przezbrojenia i ryzyko braków. Duże oszczędności daje właściwy dobór geometrii, materiału i powłoki freza ślimakowego, dłutaka Fellowsa czy narzędzia do Power Skiving – zawsze w odniesieniu do obrabianego materiału, maszyny i wielkości serii. Równie ważne są kontrola bicia, stabilne mocowanie i prowadzenie historii narzędzia.

– Regularne ostrzenie i odnawianie powłoki według ustalonego planu zwykle pozwala wykorzystać narzędzie przez pełny cykl życia i ograniczyć nieplanowane przestoje – dodaje Artur Łukaszewicz.

 Dane podstawą właściwego wyboru

Skoro na koszt wyprodukowania detalu wpływa tak wiele zmiennych, trudno oprzeć dobór narzędzi wyłącznie na doświadczeniu technologa czy przyzwyczajeniach. Coraz większą rolę odgrywają narzędzia cyfrowe, dzięki którym dobór narzędzi może być szybszy i bardziej opłacalny. Jak tłumaczy Tadeusz Wojtanek, zastępują one metodę prób i błędów rekomendacjami opartymi na materiale, rodzaju operacji oraz warunkach obróbki. Pomagają zidentyfikować odpowiednie narzędzie i parametry skrawania, a następnie ocenić ich wpływ na trwałość narzędzia, czas cyklu, stabilność procesu i koszt wytworzenia pojedynczego detalu.

– Dzięki temu producenci mogą porównywać dostępne rozwiązania pod kątem całkowitej wartości produkcyjnej, a nie wyłącznie ceny zakupu – wyjaśnia ekspert Sandvik Polska. I dodaje, że takie podejście ogranicza jednocześnie ryzyko niewłaściwego doboru narzędzi, nadmiernych stanów magazynowych, braków produkcyjnych oraz przestojów.

Kolejnym krokiem jest przeniesienie decyzji narzędziowych na jeszcze wcześniejszy etap – do momentu przygotowania oferty dla klienta. – Największy potencjał do ograniczenia kosztów pojawia się wtedy, gdy dobór narzędzi przestaje być osobnym, ręcznym etapem, a staje się częścią procesu kalkulacji oferty – przekonuje Mateusz Wójcik, Sales Manager Poland & Baltics w firmie Spanflug.

Oprogramowanie Spanflug MAKE łączy dane dotyczące części, maszyny, materiału i narzędzi, a dzięki integracji z systemem CERATIZIT ToolSelect może automatycznie zaproponować rozwiązanie narzędziowe zoptymalizowane pod kątem czasu obróbki, kosztów czy liczby zmian narzędzia. Zdaniem Mateusza Wójcika pozwala to wcześniej ocenić rzeczywiste koszty realizacji zlecenia i ograniczyć ryzyko zarówno niedoszacowania oferty, jak i stosowania niepotrzebnie drogich narzędzi.

– Widzimy u naszych klientów, że największa wartość automatyzacji nie kończy się na szybszej kalkulacji. Firmy CNC charakteryzujące się dużą zmiennością produkcji mogą sprawniej obsługiwać nawet bardzo złożone zapytania, odciążyć doświadczonych technologów i podejmować decyzje na podstawie konkretnych danych produkcyjnych – dodaje przedstawiciel firmy Spanflug.

Drugie życie narzędzi

Wspomniane wcześniej planowe ostrzenie to tylko jeden z elementów szerszego podejścia, jakim jest regeneracja narzędzi skrawających. Andrzej Nitka, Tool Expert w Vollmer Polska, przekonuje, że może ona znacząco poprawić ekonomię procesu produkcyjnego. W przypadku wysokiej jakości frezów i wierteł z węglika spiekanego profesjonalna regeneracja jest coraz bardziej opłacalnym rozwiązaniem. W zależności od rodzaju narzędzia, jakości regeneracji i osiąganej po niej trwałości możliwe są oszczędności sięgające nawet 60% ceny nowego narzędzia.

– Decydujące znaczenie mają przede wszystkim koszt regeneracji w stosunku do ceny nowego narzędzia oraz trwałość, jaką można osiągnąć po regeneracji. Żeby uzyskać wysoką trwałość, konieczne jest precyzyjne odtworzenie geometrii ostrza, odpowiednie przygotowanie krawędzi skrawającej oraz – w przypadku narzędzi powlekanych – zastosowanie odpowiedniej powłoki – wyjaśnia Andrzej Nitka.

Jak dodaje, w pojedynczych przypadkach zregenerowane narzędzie może osiągnąć nawet wyższą trwałość niż nowe. Regeneracja ma też wymiar, który coraz częściej pojawia się w strategiach przedsiębiorstw przemysłowych: ogranicza zużycie surowców i energii, przyczyniając się do bardziej efektywnego wykorzystania zasobów i zwiększenia zrównoważonego charakteru produkcji.

Najważniejszym kryterium przy podejmowaniu decyzji o regeneracji pozostaje jednak opłacalność. Oprócz kosztów regeneracji i ceny nowego narzędzia ekspert Vollmera radzi uwzględnić rodzaj narzędzia, jego zastosowanie, stopień zużycia oraz stan geometrii ostrza po zakończeniu pracy. Tu pojawia się ciekawy dylemat, który dobrze pokazuje, jak decyzje narzędziowe wpływają na siebie nawzajem.

– W praktyce narzędzia są często eksploatowane do ekonomicznie uzasadnionej granicy zużycia, aby ograniczyć częstotliwość wymiany narzędzi, czasy przezbrojeń i przestoje maszyn. Warto jednak rozważyć wcześniejsze wycofanie pracującego narzędzia z procesu obróbki, aby regeneracja była możliwa. Musi bowiem pozostać wystarczająca ilość materiału skrawającego, która umożliwi odtworzenie wymaganej geometrii – tłumaczy Andrzej Nitka.

Dlatego nie można jednoznacznie określić, które narzędzia zawsze nadają się do regeneracji. Decydują koszty regeneracji, możliwa do osiągnięcia trwałość oraz wymagania dotyczące stabilności procesu, dokładności wymiarowej i jakości powierzchni. Moment wycofania narzędzia z maszyny staje się więc kolejną zmienną, którą warto ująć w rachunku kosztu jednostkowego.

Liczy się gotowy detal

Jak widać, o ekonomice obróbki nie decyduje wyłącznie cena narzędzia skrawającego. Co więcej, sama cena stanowi niewielki ułamek kosztów związanych z produkcją. Ważne jest przede wszystkim to, jak narzędzie wpływa na cały proces: czas cyklu, stabilność, jakość obróbki czy dostępność maszyny. Materiał narzędziowy, wielkość serii, dopasowanie do obrabiarki, właściwe mocowanie, dane z narzędzi cyfrowych i przemyślana regeneracja to elementy, które łącznie będą wpływać na rachunek ekonomiczny wytworzenia detalu.

Najlepiej ujmuje to Tadeusz Wojtanek: – Najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem nie jest to narzędzie, które kosztuje najmniej przy zakupie, lecz takie, które zapewnia stabilny proces i najniższy całkowity koszt wytworzenia gotowego detalu.