undersökning av smidesverktyg - diva portal641916/fulltext01.pdf · 2013-08-20 · undersökning...

Undersökning av smidesverktyg

Kostnad och kvalitet

Forging tools survey

Cost and quality

Patric Crafoord

Fakulteten för hälsa, teknik- och naturvetenskap

Högskoleingenjörsprogrammet i Maskinteknik

Examensarbete 22,5hp

Handledare: Leo de Vin

Examinator: Nils Hallbäck

2013-06-10

SAMMANFATTNING

Denna rapport är ett examensarbete utfört av Patric Crafoord, student vid fakulteten för hälsa,

teknik- och naturvetenskap på Karlstads Universitet. Arbetet omfattar 22,5 högskolepoäng

och är den avslutande delen på Högskoleingenjörsprogrammet i Maskinteknik.

Examensarbetet har utförts på Arvika Smide AB vars uppdrag gick ut på att systematiskt

kunna minska den totala verktygskostnaden och att säkra en given kvalitetsnivå.

Saker som behandlats i rapporten är flytt av verktygsavdelningen som kan spara 1-1,2

miljoner kronor om året samt förkorta tidsåtgången för tillverkning av verktyget med 4-12

dagar, prioriteringsordning av verktygsproblem vilket resulterade i en 32 % minskning av

verktygsproblemen i pressgrupp 4 men en ökning med 52 % i pressgrupp 5 och möjligheten

att använda statistisk processtyrning i smidesprocessen samt beräkning av processens

duglighet som visar sig vara god.

Med i rapporten finns också en teoretisk del som beskriver sänksmide och excenterpressen

som används på Arvika Smide AB.

ABSTRACT

This report is an examination conducted by Patric Crafoord, a student at the Faculty of Health,

Science and Technology at Karlstad University. The work includes 22.5 ECTS credits and is

the final part of Study Programme in Mechanical Engineering.

The work has been performed in Arvika Smide AB whose mission was to systematically

reduce overall tool costs and to ensure a given level of quality.

Things discussed in the report is the relocation of tools department that can save 1 to 1.2

million SEK a year and shorten the time required for the manufacture of tools with 4-12 days,

priority of tooling problems which resulted in a 32% reduction in tool problems in the press

group 4 but a 52% increase in press group 5 and the possibility to use statistical process

control in the forging process and the calculation of process capability that turns out to be

good.

The report also includes a theoretical part which describes drop forging and the eccentric

press used in Arvika Smide AB.

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

SAMMANFATTNING .............................................................................................................. 1

ABSTRACT ............................................................................................................................... 2

1. INLEDNING .......................................................................................................................... 5

1.1 Bakgrund .......................................................................................................................... 5

1.2 Syfte .................................................................................................................................. 5

1.3 Mål .................................................................................................................................... 5

1.4 Avgränsning ...................................................................................................................... 6

2. ARVIKA SMIDE AB/TEORI ............................................................................................... 7

2.1 Företaget ........................................................................................................................... 7

2.2 Sänksmide ......................................................................................................................... 9

2.3 Excenterpress .................................................................................................................. 12

3. METOD ................................................................................................................................ 17

3.1 Stopporsaker verktygsproblem ....................................................................................... 17

3.2 Verktygets livscykel ....................................................................................................... 18

3.3 Statistisk processtyrning och processens duglighet ........................................................ 18

4. RESULTAT ......................................................................................................................... 20

4.1 Stopporsaker verktygsproblem ....................................................................................... 20

4.1.1 Verktygsproblem pressgrupp 4 ................................................................................ 20

4.1.2 Verktygsproblem pressgrupp 5 ................................................................................ 23

4.1.3 PICK-chart ............................................................................................................... 24

4.1.4 Sammanfattning verktygsproblem ........................................................................... 26

4.2 Verktygets livscykel ....................................................................................................... 26

4.2.1 VSM nuläge ............................................................................................................. 26

4.2.2 Materialets egenskaper i verktyget .......................................................................... 27

4.2.3 VSM förslag framtida läge ....................................................................................... 29

4.2.4 Sammanfattning verktygets livscykel ...................................................................... 31

4.3 Statistisk processtyrning och processens duglighet ........................................................ 31

4.3.1 Hopslagningsmått 143,5mm .................................................................................... 33

4.3.2 Hopslagningsmått 30,2mm ...................................................................................... 34

4.3.3 Partförskjutning max 1mm ...................................................................................... 36

4.3.4 Sammanfattning statistisk processtyrning och processens duglighet ...................... 38

5. DISKUSSION ...................................................................................................................... 40

5.1 Utvärdering av resultat ................................................................................................... 40

5.2 Utvärdering av examensarbetet ...................................................................................... 43

6. SLUTSATS .......................................................................................................................... 45

TACKORD ............................................................................................................................... 46

REFERENSER ......................................................................................................................... 47

BILAGOR ................................................................................................................................... I

Bilaga 1: Överslagsmässig presskraftsberäkning .................................................................... I

Bilaga 2: VSM nuläge ........................................................................................................... II

Bilaga 3: VSM förslag framtida läge .................................................................................... IV

Bilaga 4: Mätvärden ............................................................................................................. VI

Bilaga 5: Gantt-schema ....................................................................................................... VII

Bilaga 6: Resursplan .......................................................................................................... VIII

5

1. INLEDNING

1.1 Bakgrund

Arvika Smide AB är en av Skandinaviens ledande producenter av sänksmide som är den

vanligaste smidesmetoden till fordonsindustrin. De kan erbjuda ett helhetsgrepp kring hela

produktionskedjan från utveckling, verktygstillverkning till att smida produkten. Möjlighet

finns även till att friktionssvetsa de smidda detaljerna till mer kompletta enheter. Arvika

Smide AB är certifierade enligt ISO 9001, ISO/TS 16949 och ISO 14001.

Arvika Smide AB smider detaljer till tung fordonsindustri som i nuläget är en förhållandevis

osäker marknad, så för att hålla sig attraktiv på marknaden krävs det att man effektiviserar sin

verksamhet vad gäller bl.a. processen och dess kringkostnader. Exempel på produkter som

smids hos Arvika Smide är nav, kugghjul, vevstakar, vipparmar, flänsar, hjullagerhus och

styrspindelhus.

Uppdraget från Arvika Smide AB är att på ett systematiskt sätt kunna minska den totala

verktygskostnaden och säkra en given kvalitetsnivå genom att undersöka verktygens

processduglighet och kvalitet från konstruktion till leveransklara ämnen.

Handledare: Jan Fredriksson på Arvika Smide AB, produktionschef.

Handledare: Leo de Vin, professor vid Karlstad universitet, Fakulteten för hälsa, natur- och

teknikvetenskap, Institutionen för ingenjörsvetenskap och fysik, Avdelningen för maskin- och

materialteknik.

Examinator: Nils Hallbäck, Universitetslektor vid Karlstad universitet, Fakulteten för hälsa,

natur- och teknikvetenskap, Institutionen för ingenjörsvetenskap och fysik, Avdelningen för

maskin- och materialteknik.

1.2 Syfte

Syftet med projektet är att hjälpa Arvika Smide AB att erhålla en stabilare process och ett

bättre kvalitetsutbyte genom att förstå hur verktygen beter sig och genom att få till en form av

statistisk processtyrning.

1.3 Mål

Projektet har som mål att minska onödiga verktygsproblem med 20 %, minska den totala

verktygskostnaden och säkra en kvalitetsnivå på 0,1 % intern kassaktion (nu ca 1,4 %) i

smide.

Projektet har även som mål att undersöka om det är möjligt att införa SPS (Statistisk

Processtyrning) i smidesprocessen och vilka fördelar det skulle kunna innebära.

6

1.4 Avgränsning

Samtliga undersökningar som utförs kommer att avgränsas till att gälla produkterna

Svetsmedbringare (1788735) och Flänsmedbringare (1531006). Metoder som kommer att

användas är sådant som tagits upp under maskiningenjörsutbildning på Karlstads Universitet.

Projektet är begränsat till våren 2013, från v. 4 t.o.m. v. 23.

7

2. ARVIKA SMIDE AB/TEORI

2.1 Företaget

Det som skulle komma att bli Arvika Smide AB (Nilsson 2007) började med att

Volvokoncernen vid en konferens i november 1961 diskuterade Volvos materialförsörjning på

längre sikt och man beslutade att sätta igång en utredning för att utarbeta en konkret lösning

av bland annat materialslaget smidda ämnen av stål. I januari 1963 överlämnades en utredning

angående en anläggning för framställning av en del utav koncernens behov av smidda ämnen.

1961 var koncernens årsbehov av smide omkring 20 000 ton och antogs stiga till 35 000 ton i

slutet av 60-talet. Det fanns under den här tiden inga problem med att ordna försörjningen av

smide men man gjorde ändå bedömningen att det på lång sikt var nödvändigt att trygga

försörjningen genom att med en egen smedja tillverka sina egna detaljer. Förslaget som kom

upp var att man skulle investera i en provsmidesanläggning för att kunna prova ut metoder,

maskiner och annan utrustning för att sedan ha ett bra underlag för eventuell framtida

anläggning.

I mars 1963 beslöt Volvos styrelse att man skulle avsätta pengar till att bygga en provsmedja i

Arvika. Maskiner och utrustning köptes in i april 1963 för leverans under våren 1964 och AB

Bolinder-Munktell stod för lokaler. Anledningen till att provsmedjan hamnade i Arvika var att

det på ”Arvikaverken” fanns ett smidestekniskt kunnande då de tillverkat smidda produkter

till jordbruksmaskiner sedan många år tillbaka.

I februari 1966 beslöt Volvos styrelse att uppföra en smedja för tillverkning av smidda

detaljer för Volvo PV.

Arvika Smide AB har sedan starten haft flera olika ägare och ägs numera av Componenta

Wirsbo AB och har för tillfället omkring 80 stycken anställda.

Produktionen på Arvika Smide idag sker i fem stycken pressgrupper där en pressgrupp består

av en ugn, en smidespress, en skäggpress och ett conveyersystem (för kontrollerad kylning av

det smidda ämnet) samt att två av pressgrupperna har ett räckvalsverk. I en pressgrupp arbetar

ett smideslag som består av tre operatörer, en som smider, en som skäggar och en avbytare

som även håller koll på processen.

Detaljernas olika flöden framgår i figur 1 som i grova drag beskriver verksamheten på Arvika

Smide AB.

8

Figur 1. Materialflödet för detaljerna hos Arvika Smide AB.

Utrustning hos Arvika Smide AB:

Press 3150ton, detaljvikt 5-20kg

2x Press 2500ton, detaljvikt 5-12kg

Press 1600ton, detaljvikt 1-7kg

2x Press 1000ton, detaljvikt 0,2-3kg

Friktionssvets 80ton

Varje produkt brukar vanligtvis tillverkas i en specifik pressgrupp men kan, om så behövs på

grund av underhåll m.m., flyttas till en annan pressgrupp förutsatt att erforderlig presskraft

erhålls.

9

2.2 Sänksmide

Sänksmide (Bodin & Smidesgruppen, 2007), som används på Arvika Smide, är en form av

varmsmide där stålet upphettas till omkring 1100-1250 °C för att materialet i högre grad ska

kunna deformeras utan att brista. Vid sänksmide formas detaljen med två verktygshalvor,

sänken, som har hålrum, gravyr, i vilket arbetsstycket formas, se figur 2.

Figur 2. Sänksmide. Detaljen formas mellan två verktygshalvor, sänken.

Genom sänksmide kan geometriskt komplexa produkter tillverkas. Utgångsmaterial för

sänksmide är exempelvis ett fyrkantig eller cirkulär ämne. Sänksmide har en mycket kort

cykeltid, några sekunder, även för komplexa detaljer.

Det finns två typer av sänksmide, den ena där verktygen man använder har så kallat

skäggspalt och skäggrum som låter överskottsmaterialet flyta ut och den andra där man

använder ett slutet verktyg utan skäggspalt och skäggrum. Med ett slutet verktyg ställs då

höga krav på utgångsämnets volym. Vid för liten volym fylls inte gravyren ut och vid för hög

volym riskerar man att överbelasta verktyget och pressen.

Vid fyllning av gravyren kan man urskilja tre grundläggande typer av fyllning:

Stukning: Minskar utgångshöjden, materialflödet sker parallellt med verktygets

rörelse

Spridning: Sidoförskjutning av materialet från mitten och utåt, materialflödet sker

vinkelrätt mot verktygets rörelse

Stigning: Fyller djupa gravyrhålrum, materialflödet sker parallellt med verktygets

rörelse

10

Fördelar med sänksmide:

Mycket hög produktivitet, även för komplexa geometrier

Hög reproducerbarhet av detaljerna

Nackdelar med sänksmide:

Sofistikerade verktyg (sänken) krävs

Överskottsmaterial krävs (spill)

Exempel på produkter som sänksmids:

Chassikomponenter för fordons- och flygindustrin

Motor- och transmissionsdelar som vevaxlar och vevstakar

Turbin- och kompressorblad

På Arvika Smide AB sker formningen vanligtvis i tre slag, tempon, som successivt formar

arbetsstycket. Dessa tre tempon är stuk-slag, som trycker ihop arbetsstycket något och gör att

glödskalet ramlar av, för-slag, som i grova drag formar arbetsstycket och färdig-slag, som ger

arbetsstycket sin slutliga form. Se figur 3 för komplett uppsättning av verktyg för dessa

tempon.

Figur 3. Verktygskassett monterad i press.

Stuk För-slag Färdig-slag

11

Här följer en kortfattad beskrivning av smidesprocessen på Arvika Smide AB:

1. Ämneskapning

Utgångsämnet för smidningen är stålstänger som kapas till kuts genom klippning som

ger en hög produktionstakt och litet spill.

2. Värmning

De klippta kutsarna värms sedan till smidestemperatur på omkring 1250 °C i en

induktionsugn för att minska deformationsmotståndet.

3. Glödskalsrensning

Detta görs genom att stuka, att pressa mellan två plana verktyg, arbetsstycket i stuk-

slaget. Detta görs för att få bort oxidskiktet och förhindra att glödskalen smids in i

detaljen och ger dålig ytkvalitet.

4. Förformning

Arbetsstycket formas i en förgravyr för att i stora drag efterlikna den färdiga detaljens

form. Avsikten med detta är att förbereda arbetsstycket för färdigformningen, att tågan

(fiberliknande struktur) ska få rätt riktning, se till att materialutnyttjandet blir bra, att

verktygen skonas och att inga smidesfel, som veck, uppstår.

5. Färdigformning

Här får detaljen sin slutliga form, med tillhörande stämpel som finns ingraverad i

verktyget.

6. Skäggning

Vid sänksmidning brukar man erhålla lite överskottsmaterial i form av skägg kring

detaljen efter smidning. Detta tas bort genom att klippas bort direkt efter smidning i en

särskild anpassat verktyg för specifik produkt.

Ett moment som har väldigt stor betydelse för smidesprocessen är smörjningen av

smidesverktygen. Anledningen är att vid smidning har friktionen mellan arbetsstycket och

smidesgravyren stor inverkan på flytförloppet, tryckfördelningen i gravyren och på kraft- och

energibehovet vid formning. Primärt har smörjningen till uppgift att minska friktionen och att

underlätta eller styra materialflytningen så att hela gravyren fylls. En annan viktig uppgift

med smörjningen är att förhindra att verktygen blir överhettade. Detta sker genom att

smörjmedlet kyler verktygen och att smörjmedlet separerar arbetsstycket och gravyren,

genom bildande av en fast eller flytande film och en spalt av gas mellan ytorna, och bromsar

upp värmeöverföringen.

På Arvika Smide AB används grafit som smörjmedel. Det är ett finkornigt kol utspätt i vatten

(ca 13 %) som appliceras med hjälp av smörjrör, figur 4, som sprayar gravyren. Smörjrören

har olika utseende beroende på smidesverktygen som ska smörjas för att ge önskad fördelning

och täckning.

12

Figur 4. Smörjrör som smörjer verktygen med grafit.

Inför smidning av varje nytt arbetsstycke går smörjrören in och sprayar gravyrerna. När

grafitdimman träffar gravyren är ytan så pass varm att vattnet dunstar och grafiten sitter kvar.

2.3 Excenterpress

Den typ av press som används på Arvika Smide AB är en så kallad excenterpress som är en

mekanisk press och är vägbunden med linjär arbetsrörelse, vilket innebär att slidens eller

verktygets slaglängd är bestämd. Den har en stor styvhet i längs- och tvärled vilket ger en

jämn och hög smidesprecision. Kraftöverföringen från excenteraxeln till sliden sker via en

vevstake, se figur 5.

Figur 5. Skiss av en excenterpress (Bodin & Smidesgruppen 2007).

13

Figur 6. Förlopp vid enkelslag.

I figur 6 ovan visas schematiskt hur förloppet ser ut vid ett enkelslag med en excenterpress.

Excenterpressens startposition är det övre vändläget. Svänghjulet roterar ständigt och slidens

rörelse startar när kopplingen slås till.

Det finns tre stycken huvudtyper av smidespressar, figur 7, varav excenterpressen som

tidigare nämnt tillhör den vägbundna huvudtypen med linjär arbetsrörelse.

Figur 7. Huvudtyper av maskiner för sänksmidning och dess arbetsprinciper.

Huvudtyper av maskiner

Energibundna

Övertryckshejare Motslagshejare

Skruvpressar

Kraftbundna

Hydrauliska pressar

Vägbundna

Med linjär arbetsrörelse

Excenterpressar Stukmaskiner

Med cirkulär arbetsrörelse

Ringvalsverk Räckvalsverk Tvärvalsverk

14

Alla typer av maskiner (Dahme et al 2011) har vissa tekniska egenskaper som kan utnyttjas

för framställning av ett visst utbud av komponenter. Typiska produkter som smids med

excenterpress är vevaxlar, styrspindlar, axeltappar och vevstakar.

I figur 8 kan man se hur de olika huvudtyperna av pressar skiljer sig.

Figur 8. Funktionsprinciper för de olika huvudtyperna av pressar.

Det som kännetecknar en vägbunden smidespress är att den har en förutbestämd

bana-tid-karakteristik, vilket innebär att under en vis tid kommer sliden att röra sig en given

sträcka.

Typiska egenskaper för vägbundna pressar:

Hög tillgänglig kraft vid nedre vändpunkt

Kort cykel- och kontakttid

Mycket goda automationsmöjligheter

Kraftbehovet vid smide brukar vanligtvis inte vara konstant under hela cykeln utan brukar ha

sambandet enligt formel (1).

∫ (1)

Men för enkelhetens skull brukar man använda sig av formel (2).

( ) ( ) ( ) (2)


Energibunden Kraftbunden Vägbunden

EN

s s

s

P

A

15

I figur 9 kan man se hur de olika huvudtyperna skiljer sig åt där vi på y-axeln har

formningskraften och på x-axeln har formningsvägen, arean under kurvan blir då

deformationen.

Figur 9. Driftsegenskaper för de olika huvudtyperna av maskiner.

EN – Nominell Energi Den nominella energin är den energi som en smidespress vid

normala driftsförhållanden har lagrad före pressning.

W – Nyttigt arbete Det faktiska arbetet som smidespressen utför som beror av

formningskraft (F) och formningsväg (s).

FN – Nominell presskraft Den nominella presskraften är det som tillämpas vid tolkning av

den formande kraften.

FSt – Slidkraft Slidkraften är den kraft som finns tillgänglig i smidespressen.

Vid beräkning av presskraftsbehovet för nya produkter har man på Arvika Smide AB en

tumregel som lyder enligt formel (3):

(3)

Den projicerade arean, figur 10, innefattar gravyren och skäggspalten men inte skäggrummet.


Energibunden Kraftbunden Vägbunden

16

Figur 10. Illustration av den projicerade arean med skäggspalt och skäggrum (Bodin & Smidesgruppen 2007).

Man har även tagit fram ett diagram, figur 11, för estimering av presskraftbehov beroende på

svårighetsgrad.

Figur 11. Diagram för estimering av presskraftbehov beroende på svårighetsgrad. Större bild finns i bilaga 1.

17

3. METOD

3.1 Stopporsaker verktygsproblem

Ett steg i att kunna minska kringkostnader vad gäller verktygen är att undersöka vilka fel som

uppstår och i vilken omfattning, för att sedan prioritera dessa i rätt ordning. Genomförandet

gick till på så vis att avvikelserapporter som operatörerna skriver dagligen undersöktes och

alla avvikelser och tidsåtgång för dessa över ett halvårs tid noterades. Metoden som användes

för att sedan prioritera dessa var att sammanställa resultatet i ett Paretodiagram, ett diagram

med antal per feltyp och kumulerad antal, och ett diagram med antal timmar per feltyp och

kumulerad antal timmar. Dessa två Paretodiagram kan ge olika prioritetsordning.

Paretodiagram (Bergman & Klefsjö, 2007) är uppkallat efter den italienske nationalekonomen

och statistikern Vilfredo Pareto, 1848-1923, och används för att bestämma i vilken ordning

problem ska angripas. Man skulle kunna sammanställa t.ex. stopporsaker i en tabell men detta

ger ingen överskådlig bild av stopporsakerna, men med ett Paretodiagram där varje typ av

stopporsak illustreras med en stapel vars höjd är antal fel ordnat efter störst antal stopporsaker

till vänster. Tillsammans sedan med en linje som visar kumulerad andel stopporsaker så

kommer man att ha en mycket mer övergriplig bild av största stopporsaker.

En annan sak som är viktigt att ta i beaktelse är att det inte nödvändigtvis är just antalet

stopporsaker som bör vara prioritetsordningen, utan istället t.ex. tidsåtgång eller kostnad.

För att utveckla prioriteringen ytterligare använder man sig av PICK-chart (Alsterman et al

2009), enligt figur 12, som utvecklades av Lockheed Martin där PICK står för Possible,

Implement, Challenge och Kill. Detta kan på svenska översättas till Möjligt, Genomför,

Utmana och Avfärda. PICK-chart-modellen utgör ett strukturerat stöd för att få fram rätt

prioriteringar där man sorterar stopporsaker efter om det behövs stor eller liten insats och om

det ger stor eller liten effekt. Det hela går ut på att ”plocka de lågt hängande frukterna först”.

Figur 12. PICK-chart som används för att prioritera stopporsaker.

18

3.2 Verktygets livscykel

För att kunna minska verktygskostnaden behöver man undersöka nuläget. Hur går det till när

man tillverkar verktyg? Hur ser verktygets livscykel ut? För att undersöka detta använder man

sig av en VSM som betyder Value Stream Mapping, dvs. en värdeflödesanalys.

Med hjälp av en VSM kartlägger man vad som händer från att råvara kommer från leverantör

till att man levererar en färdig produkt med förädling och väntan o.s.v. Men i detta fall

kommer det att bli en kartläggning från när råvara kommer in, ett verktyg tillverkas, ligger på

lager, används för förädling, slipas o.s.v. fram tills att den kasseras. Med detta kartlagt har

man bättre förutsättningar för att kunna minska kringkostnaderna som angår verktygen.

Tillvägagångssättet är att med papper och penna gå ut i verksamheten, fråga operatörerna om

läget samt se med egna ögon.

För att sedan kunna göra förbättringar och ett önskat framtida läge på livscykeln behöver man

veta vad det är man är ute efter, vad är det för typ av materialstruktur som man eftersträvar

och varför? Med detta klarlagt kan man sedan försöka korta ner ledtiden från behov av

verktyg till dess att man har ett färdigt verktyg med bibehållna materialegenskaper. Metoden

för att komma fram till detta blir att fråga berörd personal, undersöka värmebehandlingar

m.m. för att sedan studera teori. Efter detta föreslås eventuellt andra lösningar som leder till

lägre tillverkningskostnad och/eller ledtid från behov av verktyg till att de har ett färdigt för

användning.

3.3 Statistisk processtyrning och processens duglighet

För att kunna säkra en kvalitetsnivå på 0,1 % i intern kassaktion i smide är det en

förutsättning att man använder sig av statistisk processtyrning, SPS, för att få veta hur

processen beter sig. Är processen stabil?

För att förstå sig på en process är det viktigt att man försöker illustrera data grafiskt, och det

kan man göra med ett så kallat styrdiagram som visar förändring eller utfall som funktion av

tiden (Bergman & Klefsjö, 2007). Idén med styrdiagram är att man med jämna mellanrum tar

ut ett antal enheter ur processen, mäter på dessa och tar fram antingen ett medelvärde eller en

standardavvikelse av dessa mått som plottas i ett diagram. Med hjälp av diagrammet kan man

sedan se om en förändring skett i processen. I figur 13 visas ett exempel på hur ett

styrdiagram kan se ut.

19

Figur 13. Exempel på hur ett styrdiagram kan se ut.

Det finns två huvudsyften med att använda styrdiagram. Det första är att man kan se hur de

naturliga, slumpmässiga variationerna som finns i processen varierar och det andra är att man

snabbt kan upptäcka när en förändring har skett i processen som gör att genomsnittsvärdet

eller spridningen har ändrats.

Med hjälp av den statistiska processtyrningen kan man sedan definiera olika mått för

processens förmåga att producera enheter med mått inom toleransgränserna. När processen är

i statistisk jämvikt brukar fördelningen likna en normalfördelningskurva där dugligheten

bestäms av genomsnittsvärdet (väntevärdet) µ och spridningen (standardavvikelsen) σ samt

toleransgränserna Tö och Tu.

Duglighetsindex som kommer användas i denna rapport är formlerna (4) och (5):

(4)

(

) (5)

Där σ är standardavvikelsen (6):

√∑( ̅)

(6)

Cp är ett mått på processens spridning i relation till toleransvidden och Cpk är ett mått på

processens spridning som även tar hänsyn till processens centrering. För att en process ska

anses duglig ska duglighetsmåttet ha ett värde över 4/3 = 1,33. Ett duglighetsmått på över

1,67 anser man vara ”världsklass”.

20

4. RESULTAT

4.1 Stopporsaker verktygsproblem

Baserat på data från året 2012 har man rapporterat att man under året haft ställtid på 1011

timmar sammanlagt på samtliga pressgrupper. Man har inte skiljt på om det är inre ställ eller

om det är verktygsproblem, men man har uppskattat att fördelningen är 2/3 inre ställ och 1/3

verktygsproblem, .

Man brukar på Arvika Smide AB anta att en pressgrupps produktionsvärde ligger på omkring

25 000kr/h vilket ger en årlig förlust på enbart p.g.a.

verktygsproblem. Projektets ena mål är att minska verktygsproblemen med 20 % vilket är en

minskning med 67 timmar vilket ger i minskade förluster.

Datainsamlingen skedde genom att undersöka avvikelserapporterna från augusti till och med

januari för pressgrupp 4, där Svetsmedbringaren (1788735) smids och för pressgrupp 5, där

Flänsmedbringaren (1531006) smids. Alla avvikelser som noterades hade enbart med

verktygen på något vis att göra, ugnsstopp och liknande ignorerades.

4.1.1 Verktygsproblem pressgrupp 4

Efter att ha sammanställt insamlad data för pressgrupp 4 i ett Paretodiagram, figur 14, kan

man tydligt se att stopporsaker som förekommer flest gånger är problem med smörjsprutan,

som är till för att mellan vartannat eller vart tredje slag med smidesverktygen gå in och smörja

smidesverktygen med grafit (vatten och grafit, ca 13 % blandning). I tabell 1 finns en

sammanställning av data i tabellform.

Figur 14. Paretodiagram över antal stopporsaker i pressgrupp 4.

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Problemsmörjning

Slipning Värmningverktyg

Byte avverktyg

Detaljfastnat

Problemutstötning

Verktygsitter löst

Övrigt

Ku

mu

lera

t an

de

l fe

l

An

tal f

el

Paretodiagram P-4, antal stopporsaker

Antal Kumulerat andel fel

21

Tabell 1. Sammanställning av dataunderlag för figur 14.

Stopporsak Antal Kumulerat antal fel Kumulerat andel fel

Problem smörjning 38 38 31,9%

Slipning 27 65 54,6%

Värmning verktyg 14 79 66,4%

Byte av verktyg 13 92 77,3%

Detalj fastnat 12 104 87,4%

Problem utstötning 6 110 92,4%

Verktyg sitter löst 5 115 96,6%

Övrigt 4 119 100,0%

Under kategorin ”Problem smörjning” ingår stopporsaker som att munstyckena blivit täta eller

att smörjsprutan inte går in och smörjer som den ska.

Den näst största stopporsaken till antalet är ”Slipning” som då innefattar slipning av smides-

och skäggverktyg och även i enstaka fall stuken som används för att ta bort glödskalet före

smidet. Slipning är i sig inte en stopporsak utan en konsekvens av att verktyget har slitits och

måste justeras.

Stopporsak ”Värmning” är inte heller en orsak utan en konsekvens av att man till exempel

måste slipa ett verktyg, då svalnar verktyget och måste värmas upp igen för att smörjningen

ska fungera som den ska. Detta görs genom att antingen plocka ut smidesverktyget och ställa

in det i ett värmeskåp eller att lägga ett värmeelement på smidesverktyget.

Stopporsak ”Byte av verktyg” är som stopporsak ”Slipning” en konsekvens av att verktyget

har slitits eller spruckit och måste justeras eller kasseras.

Vid stopporsak ”Detalj fastnat” är det som det låter, att ämnet fastat i någon utav

verktygshalvorna som brukar betecknas 2Ö, 2U, 3Ö och 3U där siffran anger i vilket slag den

används och bokstaven om det är över eller under halvan av verktyget. 1 är stukslag, 2 är

förslag och 3 är färdigslag. Anledningen till att en detalj fastnar kan vara ett slitet verktyg

eller att smörjningen inte fungerat korrekt.

”Problem utstötning” hänger lite ihop med att detaljer fastnat men mer riktat mot själva

utstötarpinnarna som stöter ut detaljen ur gravyren som t.ex. att dessa är slitna, behöver slipas

eller bytas.

”Verktyg sitter löst” är också vad det låter som där bultarna som håller fast verktygspaketet i

själva pressen har skruvat upp sig och behöver dras åt.

22

I figur 15 kan man se ett annat Paretodiagram där man istället för antal stopporsaker har

rangordnat efter tidsåtgången för varje typ av stopporsak vilket i detta fall gav en lite annan

prioriteringsordning. Mer exakt tidsåtgång kan ses i tabell 2.

Figur 15. Paretodiagram över antal timmar för varje stopporsak i pressgrupp 4.


Stopporsak Tid (h) Kumulerat antal timmar Kumulerat andel timmar

Slipning 24,6 24,6 30,5%

Problem smörjning 18,6 43,2 53,6%

Detalj fastnat 9,4 52,6 65,3%

Byte av verktyg 8,8 61,4 76,2%

Värmning verktyg 7,5 68,9 85,5%

Problem utstötning 6 74,9 92,9%

Verktyg sitter löst 1,9 76,8 95,3%

Övrigt 3,8 80,6 100,0%

Här kan man konstatera att slipningen, som inte var störst till antalet, ändå har störst

tidsåtgång och därefter kommer problem smörjning.

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0

5

10

15

20

25

30

Slipning Problemsmörjning

Detaljfastnat

Byte avverktyg

Värmningverktyg

Problemutstötning

Verktygsitter löst

Övrigt

Ku

mu

lera

t an

de

l tim

mar

An

tal t

imm

ar

Paretodiagram P-4, antal timmar

Tid (h) Kumulerat andel timmar

23

4.1.2 Verktygsproblem pressgrupp 5

Samma förfarande gäller även datainsamling och sammanställning för stopporsakerna i

pressgrupp 5. Även här framgick problem smörjning som största stopporsak och därefter

slipning, se figur 16 och tabell 3.

Figur 16. Paretodiagram över antal stopporsaker i pressgrupp 5.


Stopporsak Antal Kumulerat antal fel Kumulerat andel fel

Problem smörjning 31 31 30,7%


Värmning verktyg 15 63 62,4%

Byte av verktyg 15 78 77,2%

Problem utstötning 9 87 86,1%

Detalj fastnat 8 95 94,1%

Verktyg sitter löst 3 98 97,0%

Övrigt 3 101 100,0%

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0

5

10

15

20

25

30

35

Problemsmörjning


Byte avverktyg

Problemutstötning

Detaljfastnat

Verktygsitter löst

Övrigt

Ku

mu

lera

t an

de

l fe

l

An

tal f

el

Paretodiagram P-5, antal stopporsak

Antal Kumulerat andel fel

24

När man även här gör ett Paretodiagram med tidsåtgången för varje typ av stopporsak får man

även här slipning som största prioritet, se figur 17 och tabell 4.


Tabell 4. Sammanställning av dataunderlag för figur17.

Stopporsak Tid (h) Kumulerat antal timmar Kumulerat andel timmar




Byte av verktyg 10 54,8 72,6%

Problem utstötning 10 64,8 85,8%

Detalj fastnat 8,1 72,9 96,6%


Övrigt 2,1 75,5 100,0%

4.1.3 PICK-chart

I figur 18 finns en PICK-chart där en bedömning har gjorts av stopporsakerna.

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0

5

10

15

20

25


Värmningverktyg

Byte avverktyg

Problemutstötning

Detaljfastnat

Verktygsitter löst

Övrigt

Ku

mu

lera

t an

de

l tim

mar

An

tal t

imm

ar

Paretodiagram P-5, antal timmar


25

Figur 18. PICK-chart med några av stopporsakerna insatta.

Några av dessa stopporsaker kan ha flera följdeffekter:

Problem smörjning

Slipning

Värmning verktyg

Byte av verktyg

Detalj fastnat

Slipning

Byte av verktyg

Detalj fastnat

I rutan ”Genomför” hamnar problemet med smörjningen utav verktygen. Anledningen är att

en bedömning gjorts att man med enkla medel kan åtgärda detta och erhålla stor effekt både

när det gäller ”Problem smörjning” och dess följdeffekter. Som tidigare nämnt består

”Problem smörjning” av att munstyckena blir täta och måste rengöras eller att smörjsprutan

inte går in och smörjer som den ska. Det som kan göras åt detta är att utbilda personalen i hur

utrustningen fungerar och också få till rutiner på hur man underhåller utrustningen, rengör

dessa kontinuerligt och eventuellt byter ut slitna detaljer.

I rutan ”Möjligt” hamnar ”Verktyg sitter löst” som i sig inte är en stor bov när det gäller

problem med verktygen men som ändå tar tid från den värdeskapande verksamheten. Här är

bedömningen att man med enkla medel kan erhålla liten effekt. Man skulle kunna undersöka

möjligheterna att använda hydraulisk fastsättning av verktygen eller att ha en momentnyckel

på plats och se till att man sätter fast verktyget med rätt moment.

I rutan ”Utmana” bedömdes det att värmningen av verktyget hamnar. Åtgärdar man detta kan

man spara många timmar per år men kan kräva en större insats t.ex. i form av installation av

värmepatroner i verktygskassetten med tillhörande termostat som ser till att verktyget håller

Problem Smörjning

Värmning av vtg.

Vtg. sitter löst

Slipning

26

den rekommenderade temperaturen som, enligt Arvika Smide AB, ligger på omkring 180°C

under hela tillverkningsordern.

I den sista rutan ”Avfärda” hamnar slipningen. Man kan inte komma ifrån att verktyget slits i

smidesprocessen och måste åtgärdas med påsvetsning och slipning av gravyren. Det som går

att göra är att försöka minska slitaget genom att förvärma verktyget, hålla verktyget vid

rekommenderad temperatur under smidning, se till att smörjningen fungerar korrekt och att

man sköter verktyget på rätt sätt vid lagring o.s.v.

4.1.4 Sammanfattning verktygsproblem

Enligt denna undersökning kan man dra slutsatsen att det är problem med smörjsprutan som

är det till antalet största stopporsaken men att det är slipning som är den stopporsak som

orsakar stopp längst tid både när det gäller pressgrupp 4, där Svetsmedbringaren smids, och

pressgrupp 5, där Flänsmedbringaren smids.

Rapporteringarna som görs utav operatörerna är tyvärr varken utförliga eller konsekvent

angivna på samma sätt, men en sak man kunde se i rapporterna var att när en detalj fastnade i

ett verktyg i pressgrupp 5 så var det vanligt att det var just verktyg 2u, förslag/under, det

skedde i. När det gäller pressgrupp 4 var det en mer jämn spridning över vart detaljen

fastnade.

I och med att datainsamlingen skedde över en halvårsperiod, augusti t.o.m. januari,

multipliceras tidsåtgången med två för att erhålla en ungefärlig tidsåtgång för

verktygsproblem på ett år. I pressgrupp 4 blir tidsåtgången timmar/år vilket

ger en förlust på kr och i pressgrupp 5 blir tidsåtgången

timmar/år vilket ger en förlust på kr.

Tar man PICK-charten i beaktning kan man konstatera att det är problemet med smörjningen

man först och främst ska jobba med då detta ger stor effekt med relativt liten insats.

Rekommenderad prioriteringsordning för åtgärd:

1. Problem Smörjning

2. Värmning av vtg.

3. Vtg. Sitter löst

4.2 Verktygets livscykel

4.2.1 VSM nuläge

Genom att med papper och penna gå ut i verksamheten på verktygsavdelningen, titta och prata

med de anställda kan man komma fram till en VSM som speglar verkligheten, figur 19. Större

och tydligare bilder finns under bilaga 1. Detta är en VSM som baseras på verktygen till

produkterna Svetsmedbringare (1788735) och Flänsmedbringare (1531006) vars livscyklar

inte skiljer sig åt nämnvärt.

27

Figur 19. VSM över verktygets väg från material till färdigt verktyg. Större bild finns i bilaga 2.

Material kommer ifrån Uddeholm och levereras till verktygsavdelningen, Verkstadsgatan, i

form av ca 350kg tunga block utav ett mjukglödgat stål (för att underlätta bearbetningen).

Efter det kommer blocket att i grova drag bearbetas genom utvändig fräsning, borrning och

grovfräsning av gravyr innan den skickas vidare till härdningen som tar omkring åtta dagar.

Efter härdningen ”trycks” sedan verktyget vidare till planslip, finfräsning utvändigt och

finfräsning gravyr för att sedan skickas till Arvika Smides huvudbyggnad, Volvogatan ca 4km

bort, för blästring och montering av styrpelare. När detta är gjort skickas verktyget tillbaka till

Verkstadsgatan för nitrering som gör gravyrens ytskikt hårt och sedan tillbaka ner till

Volvogatan klar för användning.

Allteftersom verktyget slits kommer verktyget att behöva justeras och slipas vilket medför att

verktyget behöver transporteras till Verkstadsgatan för nitrering igen för att förbättra

ytskiktet. Detta görs kontinuerligt ända till dess att man kasserar verktyget. Beslut om

verktygen ska slipas eller skrotas tas vid verktygsmöten som äger rum varje förmiddag.

Informationsflödet som finns i processen är uttryck av behov från antingen ”verktyg skrot”

som rapporteras i affärsledningssystemet eller beslut från verktygsmötena om att behov finns,

order till Uddeholm för att beställa material samt att man skickar med ett följekort med

verktyget som följer med hela livscykeln.

Ett antagande som har gjorts är att mellanlagren, trianglarna, som finns mellan varje process

är att tiden verktyget ligger där är mellan 1-2 dagar på grund av mycket ”det beror på”,

antingen bearbetas verktyget direkt eller så kanske något annat arbete stoppar processen en

stund.

I grova drag har man kartlagt att från att ett nytt verktyg behövs till dess att det finns färdigt

för användning på smedjan tar det mellan 28-48 dagar, eller 4-6,9 veckor, varav 14-16 dagar

är förädlingstid av verktygen.

4.2.2 Materialets egenskaper i verktyget

Materialet som används till verktygen är ett krom-molybden-vanadin-legerat stål som lämpar

sig väldigt bra till just smide eftersom den har god värme- och nötningsbeständighet och har

god beständighet mot sprickbildning. Materialet beställs ifrån Uddeholm och har namnet

Uddeholm Orvar Supreme.

28

När materialet kommer till Arvika Smide är det mjukglödgat för att underlätta för

bearbetningen när man grovfräser utvändigt och gravyren. När grovfräsningen är gjord ska

materialet seghärdas.

Härdningen, se figur 20, går till så att man förvärmer verktyget till 850°C, hastig värmning

ökar risken för formförändringar, för att sedan gå upp till austenitiseringstemperatur på

1040°C som man håller någon timme innan man sedan låter verktyget svalna. Vid

austenitisering omvandlas ferrit till austenit som har en annan atomstruktur. Efter detta

genomförs tre stycken anlöpningar. Det man åstadkommer med detta är en anlöpt martensit.

Med mindre legerade stål är man tvungen att snabbkyla materialet för att den ska bilda

martensit, men i och med att den har den legeringen har man ökat härdbarheten och den kan

svalna långsamt. Härdningen kommer till slut att ge materialet en hårdhet på 42-45HRC.

Figur 20. Temperaturkurva vid härdning av verktyg.

När man har värmt upp materialet till austenitiseringstemperaturen och sedan snabbkyler den

hinner inte perlit (ferrit och cementit varvat i tunna skivor) att bildas utan en övermättad

enfasig struktur som kallas martensit. Martensiten är mycket hård men också väldigt spröd. Se

figur 21.

29

Figur 21. Martensitens mikrostruktur taget med ett fotomikroskop, 1220X (Callister 2007).

För att då göra materialet segare anlöper man det vilket gör att martensiten sönderfaller till

ferrit och en mycket fin järnkarbid, detta benämns anlöpt martensit. Anledningen till att man

anlöper tre gånger är att få bort all restaustenit som kan finnas kvar som då kommer att

sönderfalla till bainit.

Innan verktyget blir helt färdig och klar för att användas i pressarna nitreras verktygen.

Verktyget värms upp till omkring 600°C i en kväverik miljö, detta sker med hjälp av

ammoniak, vilket gör att kvävet förenar sig med legeringsämnen i stålet och bildar nitrider

som ger en mycket hård och slitstark yta med en tjocklek på omkring 0,5mm. Hårdheten på

ytan kommer att ligga omkring 66HRC

4.2.3 VSM förslag framtida läge

Som förslag på framtida läge, figur 22, föreslås att verktygsavdelningen flyttas från

Verkstadsgatan ner till själva smedjan för att få bort onödiga transporter, som är en av de 7+1

slöserierna enligt Alsterman et al (2009), mellan finfräs gravyr och blästring, montering

styrpelare och nitrering, nitrering och smidespressen samt alla turer när verktygen behöver

nitreras om. Större och tydligare bilder finns under bilaga 3. Genom att ha all verksamhet

samlat under ett tak underlättar man kommunikationen samt att operatörerna lättare kan förstå

hela verksamheten och vad ”de andra” håller på med. Som det är nu har de operatörer som

tillverkar verktygen knappt någon aning om hur det ser ut för de operatörer som smider som

är deras ”kunder”.

30

Figur 22. Förslag på framtida VSM över verktygets väg från material till färdigt verktyg. Större bild finns i

bilaga 3.

Ett annat förslag är att beställa ett redan seghärdat stål med legeringsämnen som ändå gör det

relativt lättbearbetat trots de seghärdade egenskaperna. Genom detta kan man komma undan

momentet med härdningen som är energikrävande. Istället kommer det att tillkomma lite tid

på bearbetningen på grund av att materialet redan är härdad.

När det kommer till byte av material så har t.ex. SSAB ett material som heter Toolox 44 som

levereras i härdat tillstånd och används till just sänksmide av ett tyskt företag som heter

Krenhof Schmiedetechnik. Om man jämför skärdata mellan Toolox 44 från SSAB och det

nuvarande materialet Orvar Supreme från Uddeholm kan man se att skärhastigheten vid

fräsning och matning skiljer sig, tabell 5.

Tabell 5. Jämförelse av skärdata för Toolox 44 och Orvar Supreme.

Skärhastighet [m/min] Matning [mm/tand]

Toolox 44 100-150 0,10-0,15

Orvar Supreme 200-220 0,18-0,28

Om man nu antar att samma typ av verktyg används till båda materialen innebär detta att

sambanden mellan materialen och dess matningshastighet är:

(7)

(8)

(9)

(10)

Det enda som skiljer dessa åt är skärhastigheten och matningen.

(11)

Vc Skärhastighet [m/min]

D Verktygsdiameter [mm]

n Varvtal [varv/min]

Vf Matningshastighet [mm/min]

fz Matning per tand [mm/tand]

z Antal tänder

31

Detta innebär att det kommer att ta ungefär 4 gånger så lång tid att bearbeta ett verktyg i

Toolox 44 istället för Orvar Supreme.

Enligt dessa förslag kan man få ner ledtiden från att ett verktyg behövs tills det att det finns ett

färdigt till 24-36 dagar, eller 3,4–5,1 veckor.

4.2.4 Sammanfattning verktygets livscykel

Den totala ledtiden kan enligt tidigare förslag minska från 28-48 dagar till 24-36 dagar, vilket

är en ledtidsförkortning på 4-12 dagar. Stor del av förkortningen ligger i att man flyttat

verktygsavdelningen och på så vis kommer undan tidskrävande och kostsamma transporter

mellan avdelningarna. Själva förädlingstiden minskas dessutom något då man tillverkar

verktygen i ett redan härdat material och undviker att använda den energikrävande

härdningsugnen som istället kan användas för legotillverkning.

Informationsflödet i detta fall är fullt tillräcklig och inget mer behövs. När beställt material

kommer ifrån Uddeholm tillkommer ett verktygskort, som följer med under hela livstiden,

verktyget tillverkas och när verktyget är för slitet skickas information till monitor att nytt

verktyg behövs.

4.3 Statistisk processtyrning och processens duglighet

I dagsläget fungerar stickproveriet så att stickprovaren tar ut en (ibland två) ämnen/press varje

halvtimma. Ämnena luftkyls med hjälp av ett fläktbås och blästras för att sedan genomgå en

visuell kontroll vilket innefattar kontroll av skäggning, hålning, märkning och

godsknappheter. När detta sedan är gjort genomförs en mätrond på varje detalj där viktiga

mått och hårdhet kontrolleras och loggas i mätprogrammet MeasurLink där varje mätrond

finns fördefinierad.

Att plocka en detalj i taget ger ingen rättvis bild av hur stabil processen är, för att då få en

rättvis bild av hur stabil processen är måste man med jämna mellanrum plocka ut åtminstone

tre stycken detaljer och presentera detta i ett styrdiagram.

Vid antagande av lämplig stickprovsstorlek vet man att fem stycken pressgrupper kan vara

operativa samtidigt och med ett mätintervall på 2ggr/h så kommer man att plocka n*5 stycken

ämnen varje halvtimme, där n är stickprovsstorleken. Fem i stickprovsstorlek är det historiskt

sett vanligaste enligt Bergman & Klefsjö (2007).

I figur 23 kan man se hur resultatets säkerhet ökar med stickprovsstorleken.

32

Figur 23. Säkerhet i resultat som funktion av stickprovsstorlek.

: ämnen varje halvtimme

: ämnen varje halvtimme

Om man går från en stickprovsstorlek på tre till fem kommer man uppskattningsvis att erhålla

33 % större säkerhet i resultatet, men med detta i förhållande till antalet fler ämnen man måste

plocka, 10 stycken, med snittvikt på omkring 5kg vilket ger 50 kg extra per halvtimme har

antagandet gjorts att en stickprovsstorlek på tre är tillräckligt.

Det finns flera varianter av styrdiagram men här kommer resultaten presenteras i så kallade

X- och R-diagram där X står för medelvärdet och R för variationsvidd (Range).

Tillvägagångssättet var att först skapa en mätrond i MeasurLink med funktionsmåtten som

man kan styra processen med och med rätt stickprovsstorlek. Måtten som mättes var:

Hopslagningsmått

mm

Hopslagningsmått

mm

Partförskjutning max 1mm (Förskjutning mellan övre och undre sänke)

Se figurerna 24, 25 och 26 för positionerna av måtten på Flänsmedbringare 1531006.

Figur 24, 25 och 26. Positionerna för de styrbara måtten.

Mätningarna skedde vid tre olika tillfällen, 1-7 vid det första, 8-14 vid det andra och 15-20

vid det tredje, för mätdata se bilaga 4. Dessa tre mått ger tre stycken olika X- och R-diagram.

33

4.3.1 Hopslagningsmått 143,5mm

Angivet mått med toleranser enligt smidesritning var

mm vilket ger:

Övre toleransgräns 145,9mm (den övre röda linjen)

Målvärde 144,1mm (den gröna linjen)

Undre toleransgräns 142,3mm (den undre röda linjen)

Figur 27. X- och R-diagram för Hopslagningsmått 143,5mm.

Mätvärdenas standardavvikelse formel (6):

√∑( ̅)

Duglighetsindex formel (4):

34

Korrigerade duglighetsindex formel (5):

(

)

I styrdiagrammet för hopslagningsmått 143,5, figur 27, kan man se att själva processen är

stabil men att den inte är centrerad kring målvärdet. Detta konstaterande kan man även dra när

man undersöker duglighetsindexen Cp som är 2,2114 och tyder på en låg spridning i utfall och

Cpk som är 1,3434. Anledningen till att spridningen är så stor i mätning 15 beror på att den

ena detaljen utav tre som mättes var vattenkyld och erhöll då lite andra dimensioner.

Fördelningen från mätningarna kan ses i histogrammet, figur 28.

Figur 28. Histogram av mätvärdenas fördelning för Hopslagningsmått 143,5mm.

4.3.2 Hopslagningsmått 30,2mm

Angivet mått med toleranser enligt smidesritning var

mm vilket ger:

Övre toleransgräns 32,6mm (den övre röda linjen)

Målvärde 30,8mm (den gröna linjen)

Undre toleransgräns 29,0mm (den undre röda linjen)

35

Figur 29. Säkerhet X- och R-diagram för Hopslagningsmått 30,2mm.


√∑( ̅)


Korrigerade duglighetsindex formel (5):

(

)

I styrdiagrammet för hopslagningsmått 30,2, figur 29, kan man se att själva processen är stabil

och även centrerad kring målvärdet. Detta konstaterande kan man även dra när man

36

undersöker duglighetsindexen Cp som är 1,8249 och tyder på en låg spridning i utfall och Cpk

som är 1,7928. Ett Cpk på 1,67 brukar räknas som ”världsklass”. Även här är variationen i

mätning 15 stor på grund av en vattenkyld detalj. Fördelningen från mätningen kan ses i

histogrammet, figur 30.

Figur 30. Histogram av mätvärdenas fördelning för Hopslagningsmått 30,2mm.

4.3.3 Partförskjutning max 1mm

Angivet största avvikelse enligt smidesritning var max 1mm vilket ger:

Övre toleransgräns 1mm (den övre röda linjen)

Målvärde 0mm (den gröna linjen)

Undre toleransgräns - (det finns ingen undre toleransgräns)

37

Figur 31. Säkerhet X- och R-diagram för Partförskjutning max 1mm.


√∑( ̅)


Korrigerade duglighetsindex (5):

(

)

38

I styrdiagrammet för partförskjutning max 1mm, figur 31, kan man se att processen har en

stigande trend mellan mätning 7 och mätning 13 vilket man bör se som ett varningstecken.

Utöver denna trend som stannade av och vände ner igen kan man ändå konstatera att

processen är stabil, trots att duglighetsindexen Cp är 1,0924 som tyder på en något bredare

spridning i utfall, eftersom Cpk är 1,5411.

Vid beräkning av Cpk i detta fall tar man maxvärdet eftersom måttet inte har en undre

toleransgräns som man vill undvika, det är minsta möjliga partförskjutning som eftersträvas

och då är det alltså förhållandet till övre toleransgräns som söks. Fördelningen från mätningen

kan ses i histogrammet, figur 32.

Figur 32. Histogram av mätvärdenas fördelning för Partförskjutning max 1mm.

4.3.4 Sammanfattning statistisk processtyrning och processens duglighet

Sammanfattningsvis kan man med dessa framtagna data konstatera att man på Arvika Smide

AB har en mycket stabil smidesprocess. Man brukar säga för att en process ska vara stabil

måste det korrigerade duglighetsindexet vara över 1,33 vilket det är vid samtliga mått som har

mätts.

39

Det finns flera olika sätt att välja styrgränser till diagrammen (de gula linjerna). De alternativ

som valdes emellan var metoderna:

Bergman & Klefsjö (2007):

√ (12)

√ (13)

( ) (14)

Andersson et al (1990): (15)

(16)

(17)

IVF (2013): (18)

(19)

(20)

Testning av dessa alternativ resulterade i bedömningen att styrgränserna för X-diagrammen

beräknas enligt formlerna (18) och (19) från IVF (2013), M ± 3*σ, och styrgränsen för R-

diagrammen beräknas enligt formel (17) från Andersson et al (1990), D4* .

Om man undersöker X-diagrammet för hopslagningsmått 143,5, figur 27, ser man att

processen behöver justeras då medelvärdet ligger kring den undre styrgränsen, alltså man

behöver justera höjden på sliden (figur 5, position 2). Men man måste också ha i åtanke att

hopslagningsmåttet 30,2, figur 29, också justeras genom att ändra höjd på sliden vilket

betyder att justerar man upp höjden för hopslagningsmått 143,5 följer hopslagningsmått 30,2

efter. Denna skillnad torde indikera på ett slitet verktyg.

Som tidigare nämnt för att kunna säkra en kvalitetsnivå på 0,1 % i intern kassaktion i smide är

det en förutsättning att man använder sig av statistisk processtyrning, SPS, för att få veta hur

processen beter sig. Med dessa mätningar genomförda kan man visa att det är möjligt att

implementera SPS på Arvika Smide AB och bör så göras, speciellt med tanke på att Arvika

Smide AB är certifierade enligt ISO/TS 16949.

Mätvärdena som har används till styrdiagrammen finns i bilaga 4.

ÖSG Övre styrgräns

USG Undre styrgräns

Rmax Variationens styrgräns

μ Väntevärde

d2 Konstant

d3 Konstant

σ Standardavvikelse

n Stickprovsstorlek

M Målvärde

A2 Konstant

Variationens medelvärde

D4 Konstant

40

5. DISKUSSION

5.1 Utvärdering av resultat

Uppdraget från Arvika Smide AB var att på ett systematiskt sätt minska den totala

verktygskostnaden bland annat genom att minska verktygsproblemen med 20 %. Detta

uppdrag valde jag att angripa genom att undersöka vilka stopporsaker som man bör åtgärda i

första hand. Jag fick fram en prioriteringsordning där ”problem smörjning hamnade högst

upp. Under tiden som arbetet har fortgått har man på Arvika Smide AB tagit tag i ”problem

smörjning” och haft utbildning i bland annat hur man underhåller smörjrören.

För att se om detta har haft effekt har jag åter igen sammanställt data för pressgrupp 4 och 5

under perioden februari till och med april, och kommit fram till följande resultat:



Stopporsak Tid (h)

Kumulerat antal timmar Kumulerat andel timmar

Slipning 9,9 9,9 33,3%





0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0

2

4

6

8

10

12


Byte av verktyg Värmning verktygVerktyg sitter löst

An

tal t

imm

ar

Paretodiagram Uppföljning P-4, antal timmar


41



Stopporsak Tid (h)

Kumulerat antal timmar Kumulerat andel timmar

Slipning 21,8 21,8 30,1%




Detalj fastnat 3 69,4 95,9%


Problem utstötning 0,9 72,4 100,0%

Utan att gå djupare in på vad som har förändrats i figur 33 och 34 samt tabell 6 och 7 måste

man, för att kunna göra en rättvis jämförelse, ta hänsyn till hur mycket man körde

produktionen. Mer produktion ger mer verktygsproblem. Från affärsledningssystemet

noterades summan av dokumenterad stycktid (tid då produktion körs) och ställtid för

pressgrupperna 4 och 5 för respektive tidsperiod som datainsamlingen skedde. Förhållandet

mellan tidsåtgången för verktygsproblem och totaltiden beräknas fram för båda

tidsperioderna, tabell 8 och 9, och jämförelser mellan dessa värden kan användas för att ge

relativt rättvisa jämförelser.

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

0

5

10

15

20

25


Byte avverktyg

Problemsmörjning

Detaljfastnat

Verktygsitter löst

Problemutstötning

An

tal t

imm

ar

Paretodiagram Uppföljning P-5, antal timmar


42

Tabell 8. Beräkning av förhållandet mellan tidsåtgång för verktygsproblem och tid då produktion körs, augusti

till januari.

Aug-jan Vtg. Probl. Stycktid + Ställtid Vtg. Probl./Stycktid

P-4 80,6 856,7 0,09408

P-5 75,5 1 173,1 0,06436

Tabell 9. Beräkning av förhållandet mellan tidsåtgång för verktygsproblem och tid då produktion körs, februari

till april.

Feb-apr Vtg. Probl. Stycktid + Ställtid Vtg. Probl./Stycktid

P-4 29,7 462,63 0,0642

P-5 72,4 740,3 0,0978

Enligt tabell 8 är 9,4 % av all tillgänglig tid, ställ- och stycktid, verktygsproblem i pressgrupp

4 och 6,4 % i pressgrupp 5 före åtgärder av problem smörjspruta. Efter åtgärder, tabell 9, har

andelen ändrats till 6,4 % i pressgrupp 4 och 9,8 % i pressgrupp 5 vilket innebär en minskning

av verktygsproblem i pressgrupp 4 med ca 32 % men en ökning i pressgrupp 5 med ca 52 %.

Pressgrupp 4 har gett väntat resultat medan pressgrupp 5 överraskande har ökat sin andel med

verktygsproblem. Vad detta kan bero på är tyvärr okänt, men bidragande orsaker kan vara att

man på Arvika Smide AB har successivt sänkt koncentrationen av grafit i smörjan för att

spara pengar, feltolkning av avbrottsrapporteringen som tyvärr inte specifikt anger vad som är

fel eller att man nu är inne i en period med få lite sämre verktyg därför att

verktygsavdelningen inte hinner med att tillverka nya.

Andra orsaker till den ökande andelen verktygsproblem i pressgrupp 5 kan ha att göra med

mixen av produkter man har smitt, mer problemrelaterade verktyg har använts nu under våren.

Smidespressens kondition kan också vara en bidragande orsak, i pressgrupp 5 smids generellt

de större produkterna vilket belastar pressen mer. I höstas skedde ett ordentligt underhåll av

pressen vilket gjorde att den då fungerade riktigt bra för att sedan nu under våren upptäcka att

några bultar gått av på grund av den höga belastningen.

Våren 2013 har dessutom varit en hektisk period för Arvika Smide AB då flera nya produkter

har tillkommit på grund av flytt av produktion från Smedjebacken. Vid diskussioner med

berörd personal har de inte tänkt på att det ska vara mer problem nu än tidigare.

När det kommer till flytten av verktygsavdelningen ner till smedjan råder det inga tvivel om

att detta kommer att löna sig. På Arvika Smide AB har man haft planer på att göra detta under

en längre tid men annat har kommit i vägen. År 2010 genomfördes ett projekt på Arvika

Smide AB vars syfte var att presentera kostnaden för flytt av hela verktygsavdelningen till

smedjan. Man kom då fram till att den totala kostnaden för flytten av verksamheten inklusive

återställning av lokalen, som Arvika kommun äger, skulle kosta drygt 5 miljoner kronor. De

besparingar man skulle göra per år beräknades ligga mellan 1 miljon och 1,2 miljoner kronor

vilket innebär att pay-back-tiden blir knappt 5 år.

43

Vid undersökningen av verktygets livscykel kom jag fram till det att ledtiden kan förkortas

med 4-12 dagar, mest tack vare om flytten av avdelningen sker och man undviker de onödiga

transporterna mellan avdelningarna. Varje transport av att verktyg kostar enligt Arvika Smide

AB omkring 500kr. Det finns förstås även flera fördelar med att ha allt samlat under ett tak

som till exempel mer flexibel hantering av verktygen som behöver justeras, all kunskap finns

då på samma ställe och man kan antingen svetsa och slipa verktyget eller utföra justeringar i

en CNC-fräs (som nu endast finns på verktygsavdelningen).

När det kommer till förslaget att beställa ett redan härdat material att tillverka verktygen i

finns det saker som gör att detta inte är att föredra. Erfarenheter på Arvika Smide AB visar att

det ibland kan vara bra att ha olika hårdheter på över- och undersänke för att öka livslängden

och med egen härdning kan man vara med och styra detta. Dessutom har Arvika Smide AB ett

nära samarbete med Uddeholm när det gäller tillämpning av material i smide.

Statistisk processtyrning är någonting som man absolut bör införa på Arvika Smide AB. Mitt

förslag här är att man utbildar samtliga smeder i SPS och duglighet och låter de mäta sina

egna produkter och sammanställer diagram. Detta gör att arbetet blir mer varierande, givande

och man tar större ansvar och får större intresse för produkterna man producerar. Dessutom

ser operatörerna själva direkt om tendenser börjar synas eller att man närmar sig en styrgräns

och man behöver styra processen.

Som tidigare nämnt arbetar ett smideslag vid varje pressgrupp och består av tre operatörer, en

som smider, en som skäggar och en avbytare som håller koll på processen. Det är avbytaren

som jag tänker kan gå en gång i halvtimmen, plocka ut tre detaljer, mäta dessa och

sammanställa styrdiagram.

Syrgränserna till den statistiska processtyrningen har provats fram för att se viken metod som

lämpar sig bäst för Arvika Smide AB. Bergman & Klefsjö (2007) har en metod som styr efter

medelvärdet, men om medelvärdet ligger fel blir det ingen bra styrning. Metoden från

Andersson et al (1990) gav för detta ändamål för snäva styrgränser vid provning vilket skulle

resultera i flera falska larm.

5.2 Utvärdering av examensarbetet

De mer produktionstekniska uppdragen, som detta examensarbete, är enligt mig lite luriga då

man inte har en utarbetat mall att arbeta efter. Själva resultatet av arbetet blir alla gånger inte

konkreta utan mer abstrakta med stort fokus på att spara pengar. Utifrån de satta målen så tror

jag att metodvalen och hur jag angripit projektet har varit de rätta men med rum för

förbättringar som nya erfarenheter kommer att bidra med.

Minskningen av verktygsproblemen har varit en del av projektet som man kunnat ta fram

siffror på hur det har förändrat sig medan att säkra en kvalitetsnivå är någonting jag bara

hunnit skrapa lite på ytan och hävdar att SPS är en förutsättning för att kunna nå en

kvalitetsnivå på 0,1 %. Eftersom jag ansett att SPS är en förutsättning och koncentrerat mig på

det har jag därför inte gått djupare in på vad som orsakar kassaktionerna, men sett att

kassationskod ”övrigt” ofta har används.

44

Vid undersökning av verktygsproblemen hade man kunnat göra lite mer detektivarbete och

undersökt vilka verktygsproblem som uppstår när just Svetsmedbringare (1788735) och

Flänsmedbringare (1531006) smiddes och inte enbart undersökt de pressar som används till

dessa.

När det gällde målet att minska verktygskostnaden valde jag att undersöka hur livscykeln ser

ut och utifrån det komma med förslag på åtgärder. Jag valde även att undersöka materialets

struktur för att se om man kan ändra processen men ändå erhålla samma funktion med risk för

att verka alldeles för vid i mitt arbete. Jag ville i och med detta ha ett nuläge att utgå ifrån.

Enligt IVF (2013) används 20-25 mätningar för att beräkna styrgränser till den statistiska

processtyrningen, i mitt fall blev det 20 stycken. Anledningen till att det inte blev fler var att

man fick anpassa sig till när 1531006 smiddes vilket kunde ske med en till två veckors

mellanrum och tiden flög iväg. Med facit i hand borde jag ha börjat tidigare med

datainsamlingen.

I bilaga 5 finns Gantt-schemat för projektet och i bilaga 6 finns resursplanen.

45

6. SLUTSATS

För att minska den totala verktygskostnaden finns förslaget att flytta verktygsavdelningen

vilket kommer att kosta omkring 5 miljoner kronor, spara 1-1,2 miljoner kronor om året och

alltså vara återbetalt efter knappt fem år. Dessutom kan man korta ner ledtiden att få fram ett

verktyg med 4-12 dagar.

För verktygsproblemen har en prioriteringsordning för åtgärd upprättats där problem

smörjning har arbetats med på Arvika Smide AB i form av utbildning av personal. En

jämförelse mellan före och efter denna åtgärd har gjorts i form av förhållandet mellan

totaltiden och tidsåtgång för verktygsproblem. Åtgärden resulterade i 32 % minskning i

verktygsproblem i pressgrupp 4 och en ökning på 52 % i pressgrupp 5 där eventuella orsaker

till detta diskuteras i kapitel 5.1 Utvärdering av resultat.

Rekommenderad prioriteringsordning för åtgärd:

1. Problem Smörjning

2. Värmning av vtg.

3. Vtg. Sitter löst

Möjligheten att använda SPS i verksamheten har undersökts och metoder för att beräkna

styrgränser har jämförts mot varandra. Processen duglighet vid smide av Flänsmedbringaren

1531006 är god där duglighetsindexen för de olika måtten beräknats till:

Hopslagningsmått 143,5mm Cpk = 1,34

Hopslagningsmått 30,2mm Cpk = 1,79

Partförskjutning max 1mm Cpk = 1,54

Med detta dras slutsatsen att processen är duglig och att man bör införa SPS för att i ett senare

skede säkra en kvalitetsnivå på 0,1 %.

Rekommenderade formler för beräkning av styrgränser:

Andersson et al (1990): (17)

IVF (2013): (18)

(19)

Förslag till fortsatt arbete:

Undersöka kassationsorsaker

Implementering av SPS och duglighet i verksamheten

Flytt av verktygsavdelningen, layout och flöde i smedjan

Undersöka parametrar som påverkar verktygens livslängd genom Industriell

Försöksplanering, IFP

46

TACKORD

Jag skulle vilja rikta ett stort tack till Jan Fredriksson, produktionschef på Arvika Smide AB,

som varit min handledare på företaget och bistått med information och gett goda råd under

arbetets gång.

Stort tack till manskapet på Teknikavdelningen på Arvika Smide AB, Göran Berglund, Bengt

Johansson, Peter Danielsson, Anders Bergquist och Jan Lindblad som gladeligen har svarat på

frågor, gärna med en touch av jäkelskap, och hjälpt till att leta information.

Ett stort tack riktas även till manskapet på stickproveriet, Morgan Hjalmarsson och Åke

Dahlén som har hjälpt mig med mina SPS-mätningar och som lärt mig mycket om

smidesprocessen och vilka fel som kan uppstå och orsaker till dessa.

Tack även till övrig personal som varit tillmötesgående och gjort att jag känt mig välkommen.

47

REFERENSER

Böcker:

Alsterman, H., Blücher, D., Broman, M., Johansson, O. & Petersson, P. (2009) LEAN: Gör

avvikelser till framgång!. 2 uppl. Bromma: Part Media

Andersson, I., Eriksson, L., Johansson, M. & Wäring, L. (1990) SPS-handboken. Göteborg:

Volvo

Bergman, B., Klefsjö, B. (2007). Kvalitet: från behov till användning. Lund: Studentlitteratur

AB

Bodin, J., Smidesgruppen. (2007). Sänksmide: material, konstruktionsanvisningar,

tillverkning, användning. Klippan: Ljungbergs tryckeri

Callister, W D. (2007). Materials Science and Engineering: an introduction; 7th Ed. New

York: John Wiley & Sons

Dahme, M., Hirschvogel, M., Kettner, P., Landgrebe, D., Pischel, W., Raedt, H.W., Ruile, C.,

Schleich, M. & Wondrak, J. (2011) Massivumgeformte Komponenten. Landsberg am Lech:

Egger

Labs, R., Hermanns, H. & Herbertz, R. (2013) Massivumformung: kurz und bündig. Utgåva 1,

april. Wien: Infostelle Industrieverband Massivumformung

Nilsson, A. (2007). Arvika Smide 40 år. Arvika: Arvika Grafiska AB

Internet:

IVF (2013) IVF-skrift 93816: SPS-Statistisk Processtyrning. [Elektronisk] Tillgänglig:

http://extra.ivf.se/lean/Principer/kvalitet.htm [2013-05-15]

http://extra.ivf.se/lean/Principer/kvalitet.htm

I

BILAGOR

Bilaga 1: Överslagsmässig presskraftsberäkning

II

Bilaga 2: VSM nuläge

III

Forts.

IV

Bilaga 3: VSM förslag framtida läge

V

Forts.

VI

Bilaga 4: Mätvärden

VII

Bilaga 5: Gantt-schema

VIII

Bilaga 6: Resursplan

undersökning av smidesverktyg - diva portal641916/fulltext01.pdf · 2013-08-20 · undersökning...

Documents