Werkzeugkosten in der Fertigung meistern: Strategien zur Kostensenkung und Steigerung der Rentabilität

Da die Kosten für Arbeitskraft, Transport und Materialien in allen Fertigungsbereichen steigen, suchen Unternehmen dringend nach Möglichkeiten, Geld zu sparen. Bei der CNC-Bearbeitung stellen Werkzeugkosten einen zusätzlichen, oft unterschätzten Kostenfaktor dar, der unweigerlich zum Geschäftsbetrieb gehört.

Ein besseres Verständnis der Faktoren, die die Werkzeugkosten beeinflussen, sowie die Überwachung des Werkzeugzustands helfen dabei, die Gewinnmarge nachhaltig zu verbessern. Dieser Leitfaden beleuchtet die Faktoren, die die Werkzeugkosten bestimmen, und die Vorteile einer genauen Erfassung dieser Kostenposition.

Was sind Werkzeugkosten?

Werkzeugkosten stellen den abgeschriebenen Werkzeugpreis über die Lebensdauer des Werkzeugs geteilt durch die Anzahl der in dieser Zeit gefertigten Teile dar. Diese Kennzahl ist schwer zu überwachen, doch mit einer Lösung zur Erfassung der Werkzeugstandzeit erhalten Hersteller tiefere Einblicke in die Leistung und Kosten ihrer Werkzeuge.

Warum sind Werkzeuge wichtig? Sind sie nicht nur ein geringer Kostenfaktor?

Die Berücksichtigung der Werkzeugkosten ist entscheidend, da Qualität und Zustand der Werkzeuge die Qualität der Fertigteile bestimmen.

Präzision und Leistungscharakteristika eines Werkzeugs bestimmen Geschwindigkeit und Genauigkeit der Fertigung. Sie gewährleisten auch die Wiederholbarkeit in der Produktion und die Maßhaltigkeit jedes Teils. Die Werkzeugauswahl ist keine Frage der "günstigsten Beschaffung". Das Werkzeugdesign muss zusammen mit anderen Variablen berücksichtigt werden – darunter Art und Volumen der gefertigten Teile sowie die Härte des Werkstückmaterials.

Die Wahl eines zu harten Werkzeugs für das jeweilige Teil kann Qualitätsmängel und höhere Kosten verursachen. Ein zu weiches Werkzeug hingegen verschleißt oder bricht schneller.

Wie hoch sollten Werkzeugkosten sein?

Die Werkzeugkosten hängen von der Art der gefertigten Produkte ab. In Unternehmen können sie zwischen 3 % und 6 % der Umsatzkosten liegen. Da alle Werkzeuge schließlich ersetzt werden müssen, gelten sie grundsätzlich als Verbrauchsmaterial.

Stellt ein Unternehmen präzise Volumenteile für jeden Kunden her und hat Kleinteile im Produktspektrum, lassen sich die Werkzeugkosten durch Analyse der Nutzung über die Zeit genau vorhersagen.

Produziert das Unternehmen jedoch viele verschiedene Teile oder zahlreiche kundenspezifische Teile in Serie oder als Einzelstücke, ist ein umfangreicheres Werkzeuglager erforderlich, um Variablen wie Rohmaterialien abzudecken.

Welche Faktoren beeinflussen die Werkzeugkosten?

Zahlreiche Faktoren wirken sich auf die Werkzeugkosten aus – alle hängen zusammen mit dem bearbeiteten Material, der Anzahl der durch die Teilespezifikationen erforderlichen Bearbeitungsschritte und der Werkzeugqualität.

Material

Branchen wie Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt sowie Rüstung stellen extrem hohe Anforderungen an hochfeste Bauteile. Materialien wie gehärteter Stahl, Titan und andere erfordern Werkzeuge mit höherer Härte für die Zerspanung. Diese Werkzeuge sind verständlicherweise teurer als solche für weichere Materialien.

Teilespezifikation

Die Anzahl der Bearbeitungsschritte, die die CNC-Maschine ausführen muss, beeinflusst die Werkzeugkosten. Einfache Schnitte oder Bohrungen erfordern weniger Werkzeuge. Komplexe Schnitte, Bohrungen und Drehbearbeitungen benötigen mehr Werkzeuge. Auch spezifische Oberflächenveredelungen wie Polieren oder das Anbringen von Merkmalen für Spannvorrichtungen oder Dichtungen erhöhen den Werkzeugaufwand. Jeder zusätzliche Schritt in den Konstruktionsvorgaben treibt die Werkzeugkosten.

Werkzeugqualität

Werkzeuge sollten von Lieferanten bezogen werden, die die Leistungscharakteristiken der zu bearbeitenden Oberflächen tiefgehend kennen. Sie müssen nach exakten Fertigungsvorgaben gefertigt sein, die richtige Anlassung und Wärmebehandlung gewährleisten, um schnelles Abstumpfen oder Sprödigkeit zu vermeiden. Zudem müssen Werkzeuge optimal auf die eingesetzte Maschine abgestimmt sein, um Ungereimtheiten bei Kraft, Geschwindigkeit oder Leistungsfähigkeit auszuschließen.

Die Vorteile der Werkzeugkostenmessung

Die Messung der Werkzeugstandzeit ermöglicht präzisere Werkzeugkostenberechnungen. Mithilfe einer Zerspanbarkeitsberechnung für die Standzeit, die Materialeigenschaften mit Werkzeugeigenschaften vergleicht, können Unternehmen Diagramme oder Algorithmen für Beschaffungsmengen, -typen und -lebensdauern entwickeln.

Weitere Methoden umfassen Kraft- und Leistungsmessungen an der Ausrüstung sowie die Berücksichtigung der Zerspanbarkeitskennwerte des Materials.

Die Messung der Werkzeugkosten bietet mehrere Vorteile:

1. Materialkosten senken: Die Kostenanalyse verschiedener Werkzeugtypen kann zu niedrigeren Materialkosten führen. Hochwertige Werkzeuge mögen in der Anschaffung teurer sein, doch ihre längere Standzeit und geringere Bruchrate reduzieren Ausschuss und Verschnitt.
2. Produktionsprozesse bewerten: Die Werkzeugqualität wirkt sich direkt auf die eingesetzte Ausrüstung und das Können des Bedieners aus. Nicht selten werden die Fähigkeiten von Maschine oder Bediener infrage gestellt. Die Werkzeugkostenmessung liefert Einblicke in Energieverbrauch, eingesetzte Kräfte und andere Variablen, die Prozessänderungen ermöglichen.
3. Konstruktionsänderungen: Durch die Messung der Werkzeugkosten lassen sich Konstruktionsfehler aufdecken und die Qualitätssicherung verbessern. Änderungen können so einfach sein wie eine Neuausrichtung des Teils oder so komplex wie die Reduzierung der Bearbeitungsschritte. Mit einem Verständnis der Werkzeugkosten gewinnen Entscheidungsträger Einblicke, welche Änderungen die höchste Teilequalität liefern.
4. Energiekosten reduzieren: Hohe Geschwindigkeiten und große Kräfte sind energieintensive Faktoren. Mit Kenntnis der Werkzeugkosten können Manager das Verhältnis von Energie zu Bruch analysieren und Werkzeuge beschaffen, die diese Belastungen besser bewältigen.

Wie maximieren Sie Ihre Investition in Werkzeuge? [Fallstudie]

Als BC Machining Hilfe bei anhaltendem Werkzeugbruch und hohen Ausschussraten suchte, wandte sich das Unternehmen an MachineMetrics. BC Machining bedient die Medizintechnik, Rüstung, Transport- und Elektrowerkzeugindustrie – Bereiche, in denen Präzision kritisch ist.

BC Machining verzeichnete übermäßigen Werkzeugbruch an ihren Schweizer CNC-Drehautomaten, was sowohl am Bruchpunkt als auch bei nahendem Werkzeugende zu Ausschuss führte, da Teile aus dem Toleranzbereich abwichen.

Mithilfe der MachineMetrics-Lösung – Erfassung von Hochfrequenzdaten und Analyse durch fortschrittliche Algorithmen – konnte BC Werkzeugbrüche erkennen und Ausschussteile verhindern.

Der Rückgang an verlorenen Teilen, Sortieraufwand und Unsicherheit resultierte in einer nahezu 100-prozentigen Fehlererkennung und einer jährlichen Ersparnis von 72.000 $ pro Maschine.

Lesen Sie die vollständige Fallstudie mit BC Machining.

MachineMetrics bietet ein Überwachungssystem für die Werkzeugbewertung, das Daten direkt an der Quelle – der CNC-Maschine selbst – erfasst. Durch benutzerdefinierte Algorithmen zur Überwachung der Drehmomentnutzung können Eingaben als Zeitreihenereignisse oder Machine-Learning-Modelle in das System eingespeist werden, um Werkzeugausfälle präzise vorherzusagen.

Der Hochfrequenz-Datenadapter von MachineMetrics erkennt Probleme und analysiert die Daten am Edge, um Lösungen zu automatisieren und Personal vor dem Ausfall zu warnen – wodurch teurer Ausschuss und Stillstandzeiten vermieden werden. Mit fortschrittlicher Maschinendiagnostik wird die Werkzeugnutzung optimiert und in ein aggressives, vollautomatisches Predictive-Maintenance-System integriert. Um zu sehen, wie MachineMetrics Ihnen helfen kann, die Gesundheit Ihrer Werkzeuge in den Griff zu bekommen, buchen Sie noch heute eine Demo mit unserem Team.