L'analyse de rentabilisation de la découpe au jet d'eau abrasif

Un système à jet d'eau abrasif devrait réduire les coûts de production et, pour les ateliers, faciliter la commercialisation de la capacité. Le coût par pièce est au cœur de cette équation. Getty Images

« Comment peuvent-ils gagner de l'argent avec ce travail ? » C'est une question que les gens de la fabrication métallique continuent de poser, généralement après avoir pris connaissance d'une offre apparemment inférieure au coût d'un concurrent. Beaucoup supposent qu'il ne s'agit que d'une offre modeste pour faire entrer le client dans la porte ; le concurrent ne sera pas en mesure de livrer à ce prix pendant longtemps, et dans quelques semaines ou quelques mois, le prospect reviendra demander un autre devis.

Cela arrive, bien sûr. Cela dit, les gros ralentissements économiques - que ce soit l'effondrement des dot-com, la Grande Récession ou la grande paralysie économique de 2020 - ont tendance à éliminer les magasins qui ne maîtrisent pas bien leurs coûts. Cela laisse des opérations performantes qui gèrent très bien les coûts, et lorsqu'elles sous-enchérissent pour gagner un travail, elles ont tendance à le conserver et, mieux encore, à maintenir ou à augmenter leur rentabilité.

Comment font-ils exactement cela? Ils se concentrent sur l'excellence opérationnelle et scrutent l'ensemble du cycle quote-to-cash. Dans ce cadre, ils se concentrent sur leur coût par pièce. Alors qu'ils continuent à faire des investissements technologiques stratégiques, leur coût par pièce continue de baisser. Cependant, cela ne se produit que si un fabricant considère la situation dans son ensemble et pèse tous les coûts associés à l'achat et à l'exploitation d'une certaine technologie.

La découpe au jet d'eau abrasif en est un excellent exemple. Comprendre tous les coûts associés au processus de jet d'eau abrasif - et en particulier comment ces coûts s'appliquent à l'application prévue - n'est pas aussi simple qu'il y paraît.

L'abrasif est la pointe du jet d'eau. Une science en soi, sélectionner les bonnes charnières abrasives grenat sur la configuration de votre système à jet d'eau, ce que vous coupez et la qualité de bord dont vous avez besoin. Mais l'abrasif n'est que la moitié de l'équation ; l'autre moitié implique la façon dont ces particules abrasives à arêtes vives se propulsent à travers le trait de scie.

Il commence soit par une pompe à entraînement direct, soit par une pompe multiplicatrice qui génère de l'eau à haute pression, qui s'écoule à travers un orifice de bijou et devient de l'eau à grande vitesse. L'eau et l'abrasif se mélangent dans la chambre de mélange où les particules abrasives accélèrent à des vitesses proches de celles du courant d'eau. Ils sont ensuite recentrés en un flux de coupe cohésif à travers le tube de mélange ou de focalisation. Le diamètre intérieur du tube de focalisation est généralement recommandé d'être trois fois le diamètre de l'orifice du bijou. Par exemple, un orifice de 0,010 pouce ID serait couplé à un tube de mélange de 0,030 pouce ID.

L'idée est d'optimiser la vitesse et la densité de puissance d'un jet d'eau abrasif pour l'application. Donnez la bonne vitesse et la bonne puissance aux particules abrasives coupant à travers la pièce, et vous rendez l'action de coupe plus efficace.

Depuis 1971, des systèmes de découpe au jet d'eau sont utilisés dans le monde entier dans des ateliers de fabrication. Il y a eu de nombreuses avancées technologiques au cours des 49 dernières années. En 2008, les fabricants de jets d'eau ont introduit des pompes à jet d'eau de 90 000 psi pour améliorer les capacités de production.

Au fil des ans, beaucoup ont disséqué le processus de découpe au jet d'eau, décrivant les mérites de différentes pompes, pressions, configurations de tête de coupe et tables. Ce ne sont que des pièces du puzzle, cependant. Ce qui compte vraiment, ce sont les résultats. Le propriétaire de l'entreprise doit assembler les pièces de la bonne manière pour atteindre ou dépasser les exigences de qualité tout en offrant le coût par pièce le plus bas pour la majorité des tâches.

Le coût de fonctionnement d'une pompe varie directement avec sa puissance (voirFigure 1 ). Les pompes avec une plus grande HP peuvent conduire plus d'eau et d'abrasif à travers des orifices plus larges. La taille d'orifice maximale pour une pompe de 60 HP, 90 000 PSI peut être de 0,011 pouce, tandis qu'une pompe de 125 HP, 90 000 PSI peut entraîner un flux plus important à grande vitesse à travers un 0,016 pouce. orifice.

Oui, faites fonctionner une pompe de 30 HP à côté d'une pompe de 125 HP sur un quart de travail de huit heures et la 125 HP augmentera les coûts d'exploitation. Mais cela ne révèle pas le véritable coût par pièce. En fait, acheter un jet d'eau en se basant uniquement sur sa puissance élevée, c'est un peu comme acheter une grosse camionnette, la garer dans l'allée, puis chercher quelque chose à transporter. Pour les propriétaires d'entreprise qui utilisent leur camion comme un outil, ce qu'ils achètent dépend de ce qu'ils doivent transporter. De même, les fabricants achètent de l'équipement, y compris un système à jet d'eau, en fonction de la combinaison et du volume d'emplois qu'ils ont actuellement et qu'ils aimeraient avoir à l'avenir.

Le coût par pièce variera selon le travail, mais les variables sont en grande partie les mêmes. Pour illustrer, commençons par un travail spécifique - un carré en aluminium de 1 pouce d'épaisseur avec une zone de coupe de 50 pouces et une quantité de 250 pièces - testé avec différentes pompes à jet d'eau d'un fabricant (KMT Waterjet) avec différentes puissances et pressions.

Le test aboutit àFigure 2 montrent que la vitesse de coupe varie généralement directement avec la puissance également. Pour ce travail de découpe d'aluminium, plus la pompe a de puissance, plus la vitesse du jet d'eau est élevée, ce qui entraîne une coupe plus rapide. Compte tenu de cela, il n'est pas surprenant que la capacité globale augmente également avec la puissance (voirfigure 3 ). Exécutant des machines avec une plus grande capacité, les opérateurs peuvent couper plus de pièces par jour et effectuer plusieurs tâches.

Mais même tout cela ne dit pas tout, car cela passe sous silence l'un des coûts les plus importants : l'utilisation d'abrasifs. Selon la pompe, l'abrasif spécifique utilisé, la quantité et le nombre de têtes de coupe, l'utilisation d'abrasif représente entre 50 % et 75 % des coûts d'exploitation totaux.

Figure 4 montre l'utilisation abrasive du travail de l'aluminium. L'utilisation d'abrasifs varie en fonction du PSI, et cela a encore une fois à voir avec la puissance et la vitesse derrière les particules abrasives individuelles. Avec la combinaison de plus de puissance et d'une pression de fonctionnement croissante de 60 000 à 90 000 PSI, la vitesse du jet d'eau mélangé au grenat signifie qu'un système utilisera beaucoup moins d'abrasif pour couper les pièces plus rapidement. Pour ce travail, les pompes à PSI plus élevé utilisaient beaucoup moins d'abrasif que les pompes à PSI inférieur.

L'utilisation de moins d'abrasif a des implications importantes. Les calculs typiques des coûts d'exploitation ne tiennent compte que de l'utilisation, c'est-à-dire la quantité d'abrasif qui s'écoule à travers le trait de scie et dans le réservoir. Mais les coûts cachés abondent, notamment dans la manutention des abrasifs. Cela comprend le coût initial de l'achat de plus d'abrasif, plus d'espace de stockage, le transport de l'abrasif autour de l'installation, son déchargement dans la trémie de la machine, son retrait du réservoir et son élimination. Dix heures par semaine à transporter de l'abrasif dans l'atelier, avec un taux de main-d'œuvre horaire de 40 $, peuvent représenter environ 20 000 $ par an.

Réduire le coût par pièce implique plus que de choisir une configuration qui vous donne le plus de pouces par minute. Encore une fois, l'IPM n'est qu'une partie de l'équation. Une pression plus élevée, une utilisation réduite d'abrasifs et une vitesse de coupe accrue fonctionnent ensemble pour réduire le coût par pièce, ce qui entraîne les coûts par pièce indiqués dansFigure 5.

Disons que vous devez choisir entre une pompe de 100 HP à 60 000 PSI, une pompe de 60 HP à 90 000 PSI et une pompe de 50 HP à 60 000 PSI. La figure 1 montre que les coûts de fonctionnement de la pompe de 100 HP sont bien sûr plus élevés. Les figures 2 et 3 montrent que les systèmes 60-HP et 100-HP coupent ces 1-in. pièces en aluminium à un bord lisse à peu près à la même vitesse. Le système de 50 HP coupe un peu plus lentement, mais pas de façon spectaculaire.

Mais encore une fois, ce n'est pas la fin de l'histoire. Comme le montre la figure 4, ce système de 90 000 PSI utilisait beaucoup moins d'abrasif. C'est pourquoi ce système à ultra haute pression de 60 HP peut réduire ce travail à près de 1 $ de moins par pièce que le système à HP plus élevé et près de 3 $ de moins par pièce que le système à HP inférieur.

Aux extrémités haute et basse du spectre de la pompe sur le graphique, les différences deviennent encore plus marquées. Une pompe de 125 HP peut réduire ce travail à moins de la moitié du coût par pièce d'une pompe de 30 HP.

Figure 1 Les coûts d'exploitation augmentent avec la puissance, mais ce n'est pas tout. (Les coûts d'exploitation dans ce tableau incluent l'utilisation d'abrasifs, 0,30 $ par livre, les services publics, les consommables et les pièces d'usure.)

En évaluant ce coût par pièce par rapport au retour sur investissement (ROI), vous pouvez aborder la nouvelle technologie du jet d'eau avec les yeux grands ouverts sur l'image complète. Un système à HP inférieur aura bien sûr un retour sur investissement plus court qu'un système à HP plus élevé. Mais le retour sur investissement du système à HP plus élevé peut être variable, en particulier si le coût moyen par pièce est nettement inférieur. Ce coût inférieur pourrait faire grimper le volume des travaux de découpe au jet d'eau et, par conséquent, raccourcir le retour sur investissement.

Chaque opération à jet d'eau a sa niche, son retour sur investissement souhaité et sa situation de marché unique, c'est pourquoi une telle variété de systèmes à jet d'eau est disponible. Le succès dépend de la capacité d'une exploitation à vendre sa capacité, et l'idée est de faciliter la vente de cette capacité.

La détermination du coût par pièce traduit efficacement les spécifications d'un système à jet d'eau, comme HP et PSI, en une variable qui peut s'intégrer dans l'équation de « capacité de découpe au jet d'eau de vente » d'un atelier. Bien sûr, le coût par pièce n'est pas le seul facteur. La dynamique du marché joue également un rôle, tout comme les autres étapes de fabrication dans l'acheminement des tâches d'un magasin. Un travail de "coupe uniquement" est très différent d'une pièce découpée au jet d'eau qui n'est qu'une pièce d'un routage de travail compliqué avec une nomenclature à plusieurs niveaux.

Même ainsi, le calcul du coût par pièce reste critique. Dans de nombreux cas, c'est l'ingrédient clé qui permet à un fabricant de gagner plus de part sur les marchés existants et d'introduire la découpe au jet d'eau sur des marchés entièrement nouveaux.

Supposons qu'un prospect souhaite remplacer un processus d'usinage coûteux par une découpe au jet d'eau. Il fait le tour des ateliers et reçoit une fourchette de prix, tous inférieurs à l'usinage en cours. Mais il y a le processus d'approbation technique à prendre en compte, peut-être quelques modifications de conception pour l'optimiser pour le jet d'eau abrasif. Est-ce que ça vaut le coup?

Ensuite, le prospect appelle un autre magasin qui propose un prix bien inférieur à celui de tous les autres, et le prospect décide de sauter le pas. Comment cette boutique peut-elle faire de l'argent ? Il ne s'agit pas de faire du low-ball aveuglément. Au lieu de cela, l'atelier investit dans la technologie, connaît ses coûts par pièce et son objectif de retour sur investissement, fixe les prix en conséquence, remporte le travail et finit toujours par être l'une des opérations les plus rentables de la région.