Раскрой листа и коэффициент использования металла: как считать КИМ и отход

Что такое КИМ

Раскрой (нестинг) — размещение деталей на листе так, чтобы из него вышло как можно больше годных деталей. Его качество оценивают коэффициентом использования металла.

ГОСТ 14.322-83 определяет коэффициент использования как отношение полезного расхода материала к норме расхода на изделие. Норма расхода по тому же стандарту складывается из полезного расхода, технологических отходов и потерь. Для листовой детали полезный расход — это масса самой детали, а норма — металл, который ушёл на неё вместе с отходом.

Если все детали вырезаны из одного листа, массу можно заменить площадью: толщина и плотность сокращаются. Обратный показатель ГОСТ называет расходным коэффициентом: сколько металла уходит на 1 кг детали.

Пример расчёта

Лист 1500 × 3000 мм, сталь 3 мм. Деталь — пластина 350 × 280 мм с четырьмя отверстиями Ø20.

• Площадь листа: 1,5 · 3,0 = 4,5 м². Масса около 106 кг — проверьте в калькуляторе массы металла.
• Площадь детали: 350 · 280 − 4 · π · 10² = 98 000 − 1 256,6 = 96 743 мм², то есть 0,09674 м².
• Условимся, что с принятыми в цехе отступами на лист входит сетка 8 × 5 = 40 деталей.

Полный лист, 40 деталей. 40 · 0,09674 = 3,870 м². КИМ = 3,870 / 4,5 = 0,860, или 86 %. Расходный коэффициент 1 / 0,860 = 1,16.

Заказ 30 деталей. Детали занимают шесть столбцов по пять штук, 30 · 0,09674 = 2,902 м².

• Весь лист на заказ: КИМ = 2,902 / 4,5 = 64,5 %, расходный коэффициент 1,55. В отход уходит около 38 кг из 106.
• Остаток 750 × 1500 мм (1,125 м²) отрезали и вернули на склад: израсходовано 4,5 − 1,125 = 3,375 м², КИМ = 2,902 / 3,375 = 86 %.

Один и тот же раскрой даёт 64,5 % или 86 % в зависимости от того, что считать расходом. Поэтому сравнивать КИМ разных цехов без правил учёта остатка бессмысленно.

Отступы, промежутки и микроперемычки

Между деталями оставляют промежуток, от края листа — отступ. Промежуток нужен, чтобы рез одной детали не задевал соседнюю, чтобы уместились подводы и отводы контура и чтобы узкая полоса скелета не перегревалась. Отступ от края нужен под захваты станка и потому, что кромка листа бывает неровной. Hypertherm среди функций ProNest называет выдерживание промежутка при ручной раскладке и правку подводов и отводов прямо на раскладке.

Конкретные значения задают в таблицах CAM-системы по материалу и толщине, и у каждого цеха они свои: зависят от станка, режима и ширины реза. Универсальной цифры в документации производителей нет, поэтому при проектировании детали на неё не опирайтесь.

Микроперемычки удерживают деталь в скелете, чтобы она не опрокинулась и не задела головку. Mate отмечает, что размер перемычки зависит от материала и толщины. На раскрой они почти не влияют, но оставляют след на кромке — подробнее в статье «Отверстия и перемычки при лазерной резке».

Общий рез

При общем резе две детали стоят вплотную, и общая сторона вырезается одним проходом. Hypertherm перечисляет эффект: меньше врезок и короче путь резки, а промежуток между деталями исчезает, что тоже экономит металл.

Пример. Две детали 350 × 280 мм раздельно — 2 · 2 · (350 + 280) = 2 520 мм реза и 2 врезки. С общей стороной 280 мм — 2 520 − 280 = 2 240 мм, на 11 % короче, и одна врезка на пару, если контур обходится без разрыва.

Деловой остаток

Деловой остаток — кусок листа, достаточно крупный, чтобы вырезать из него детали следующих заказов. CAM-системы ведут базу листов вместе с остатками и скелетами: Hypertherm отмечает, что без такого учёта остатки копятся на складе и не используются.

Чтобы остаток был деловым, его лучше отрезать прямой линией вдоль короткой стороны листа, как на схеме выше: прямоугольник проще хранить и снова раскладывать. Свободное место на листе можно также занять ходовыми деталями на склад — Hypertherm называет это деталями-заполнителями.

Как цех относит отход на заказ

Если металл цеха, заказчик платит не за массу деталей, а за металл вместе с отходом. Типичные способы:

Как собрать прайс с учётом КИМ, описано в статье «Как составить прайс на лазерную резку», взгляд заказчика — в «Из чего складывается цена лазерной резки».

Почему мелкая партия дороже

• Наладка не делится. Программа, раскладка и загрузка листа стоят почти одинаково для 5 и для 50 деталей.
• Рыхлая раскладка. Чем больше деталей и разных позиций, тем плотнее раскрой: Hypertherm советует давать программе больше деталей на выбор. Пять деталей плохо закрывают лист.
• Остаток. Если цех относит на заказ целый лист, для пяти деталей из примера КИМ = 5 · 0,09674 / 4,5 = 10,7 %, и металл на штуку дорожает примерно в восемь раз по сравнению с полным листом.

Сократить отход можно конструктивно: прямые кромки, одинаковые детали, размеры, кратные листу, и объединение позиций одной толщины в один заказ.