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Aug 03, 2023

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 en esta ecuación. Getty Images “¿Cómo es posible que estén haciendo

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 en esta ecuación. imágenes falsas

"¿Cómo es posible que estén ganando dinero con este trabajo?" Es una pregunta que la gente del sector de la fabricación de metales continúa haciéndose, generalmente después de enterarse de una oferta aparentemente inferior al costo de un competidor. Muchos asumen que es sólo 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 cliente potencial regresará solicitando otra cotización.

Esto sucede, por supuesto. Dicho esto, las grandes crisis económicas (ya sea la crisis de las puntocom, la Gran Recesión o la gran parálisis económica de 2020) tienden a eliminar a aquellas empresas que no controlan bien sus costos. Eso deja operaciones de alto rendimiento que gestionan muy bien los costos y, cuando ofertan menos que la competencia para ganar trabajo, tienden a conservarlo y, mejor aún, a mantener o aumentar su rentabilidad.

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

El corte abrasivo por chorro de agua 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. Seleccionar las bisagras abrasivas de granate adecuadas para la configuración de su sistema de chorro de agua, lo que está cortando y la calidad del borde que necesita es una ciencia en sí misma. Pero el abrasivo es sólo la mitad de la ecuación; la otra mitad tiene que ver con cómo esas partículas abrasivas de bordes afilados se impulsan a través del corte.

Comienza con una bomba intensificadora o de accionamiento directo que genera agua a alta presión, que fluye a través de un orificio 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 de la corriente de agua. Luego se reenfocan en una corriente de corte cohesiva a través del tubo de mezcla o enfoque. Generalmente 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 pulgadas de DI se acoplaría con un tubo de mezcla de 0,030 pulgadas de DI.

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

Desde 1971, los sistemas de corte por chorro de agua han estado en funcionamiento en todo el mundo en talleres de fabricación. 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 analizado minuciosamente el proceso de corte por chorro de agua, describiendo las ventajas de las diferentes bombas, presiones, configuraciones de cabezales de corte y tablas. Sin embargo, todas estas son sólo piezas del rompecabezas. Lo que realmente importa son los resultados. El propietario del negocio necesita ensamblar las piezas de la manera correcta para cumplir o superar los requisitos de calidad y, al mismo tiempo, ofrecer el menor costo por pieza para la mayor parte de la combinación de trabajos.

El costo operativo 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 de orificio para una bomba de 60 HP y 90 000 PSI puede ser de 0,011 pulgadas, mientras que una bomba de 125 HP y 90 000 PSI puede impulsar una corriente más grande a alta velocidad a través de un orificio de 0,016 pulgadas. 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 basándose 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 en gran medida 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 los caballos de fuerza. Para este trabajo de corte de aluminio, cuanto más caballos de fuerza tenga la bomba, mayor será la velocidad del chorro de agua, lo que resultará en un corte más rápido. Teniendo esto en cuenta, no sorprende que la capacidad general también aumente con los caballos de fuerza (verfigura 3 ). Al operar máquinas con mayor capacidad, los operadores pueden cortar más piezas por día y realizar múltiples tareas.

Pero ni siquiera todo esto cuenta toda la historia porque pasa por alto uno de los mayores costos: el uso de abrasivos. Dependiendo de 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 según la 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 ​​un aumento de la presión operativa de 60 000 a 90 000 PSI, la velocidad de la corriente del chorro de agua mezclada con granate significa que un sistema utilizará significativamente menos abrasivo para cortar piezas más rápido. Para este trabajo, las bombas con PSI más altas utilizaron mucho menos abrasivo que las bombas con PSI más bajas.

Usar menos abrasivo tiene implicaciones importantes. Los cálculos típicos de costos operativos incorporan solo el uso, es decir, la cantidad de abrasivo que fluye a través de la ranura y dentro del tanque. Pero los costos ocultos abundan, especialmente en el manejo de abrasivos. Esto comprende el costo inicial de bolsillo de comprar más abrasivo, más espacio de almacenamiento, transportar el abrasivo por las instalaciones, 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 laboral por hora de 40 dólares, pueden sumar unos 20.000 dólares al año.

Reducir el costo por pieza implica algo más que elegir una configuración que le brinde la mayor cantidad de pulgadas por minuto. Una vez más, el MIP es sólo una parte de la ecuación. Una presión más alta, un uso reducido de abrasivo y una mayor velocidad de corte trabajan juntos para reducir el costo por pieza, lo que lleva a los costos por pieza que se muestran enFigura 5.

Supongamos que necesita 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 de la bomba de 100 HP son, por supuesto, más altos. Las Figuras 2 y 3 muestran que tanto el sistema de 60 HP como el de 100 HP cortan estos 1 pulg. piezas de aluminio hasta obtener un borde liso básicamente a la misma velocidad. El sistema de 50 HP corta un poco más lento, aunque no de manera espectacular.

Pero repito, este no es el final de la historia. Como se muestra en la Figura 4, ese sistema de 90.000 PSI utilizaba mucho menos abrasivo. Es por eso que este sistema de presión ultraalta 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 bombeo del gráfico, las diferencias se vuelven aún más marcadas. Una bomba de 125 HP puede reducir este trabajo a menos de la mitad del costo por pieza que una bomba de 30 HP.

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

Al comparar 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 al panorama completo. Por supuesto, un sistema de menor HP tendrá un retorno de la inversión más corto que un sistema de mayor HP. Pero el retorno de la inversión del sistema de mayor HP puede ser variable, especialmente si el costo promedio por pieza es significativamente menor. Ese menor costo podría aumentar el volumen de trabajo de corte con chorro de agua y, por lo tanto, acortar el retorno de la inversión.

Cada operación de chorro de agua tiene su nicho, su retorno de la inversión deseado y una situación de mercado única, razón por la cual existe tanta variedad de sistemas de chorro de agua disponibles. El éxito depende de la capacidad de una operación para vender su capacidad, y la idea es facilitar la venta de esa capacidad.

La determinación del 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. Sin duda, el coste por pieza no es el único factor. La dinámica del mercado también influye, 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 parte de una ruta de trabajo complicada con una lista de materiales de varios niveles.

Aun así, el cálculo del coste 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.

Supongamos que un cliente potencial quiere reemplazar un costoso proceso de mecanizado con corte por chorro de agua. Llama a varios talleres y recibe una variedad 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 ofrece un precio mucho más bajo que los demás y decide dar el salto. ¿Cómo es posible que esta tienda gane dinero? No se trata de hacer apuestas bajas a ciegas. En cambio, el taller invierte en tecnología, conoce sus costos por pieza y su objetivo de retorno de la inversión (ROI), fija los precios en consecuencia, gana el trabajo y aun así termina siendo una de las operaciones más rentables del área.