×
Chi phí nguyên vật liệu chiếm khoảng 30 đến 50 phần trăm tổng chi phí các xưởng bỏ ra cho gia công CNC nói chung, và mức độ dễ gia công của một vật liệu thực sự ảnh hưởng đến giá thành mà khách hàng phải trả. Chẳng hạn, nhôm cắt nhanh hơn thép rất nhiều, đôi khi nhanh gấp ba lần, điều này cũng đồng nghĩa với việc dụng cụ cắt sẽ bền lâu hơn. Kết quả là tiết kiệm được khoảng 15 đến 20 phần trăm riêng chi phí nhân công. Tuy nhiên, khi nói đến các vật liệu cứng hơn như titan, con số lại hoàn toàn khác. Một kilogram titan nguyên liệu đã có giá khoảng 45 USD trước khi bắt đầu bất kỳ công đoạn gia công nào. Chưa kể đến các loại dụng cụ đặc biệt cần thiết và thời gian bổ sung để xử lý loại vật liệu này, khiến chi phí thực tế có thể tăng cao hơn từ 60 đến 80 phần trăm so với dự tính ban đầu. Đây chính là lý do vì sao nhiều nhà sản xuất vẫn thích sử dụng các kim loại mềm hơn bất cứ khi nào có thể.
| Vật liệu | Tốc độ gia công | Tuổi thọ công cụ | Chi phí/kg (USD) | Các trường hợp sử dụng tốt nhất |
|---|---|---|---|---|
| Nhôm 6061 | 2000—3000 vòng/phút | 8—10 giờ | 3,20—4,50 USD | Khung và vỏ hàng không vũ trụ |
| Thép 4140 | 800—1200 vòng/phút | 3—5 giờ | 2,80—3,60 USD | Bộ phận ô tô, bánh răng |
| Nhựa PEEK | 1500—2000 vòng/phút | 6—8 giờ | 90—120 USD | Cấy ghép y tế, vật cách điện |
Nhôm mang lại sự cân bằng tốt nhất giữa chi phí thấp và khả năng gia công cao cho các bộ phận phức tạp, trong khi độ bền của thép khiến chi phí gia công cao hơn 20—35% là hoàn toàn xứng đáng. Các loại nhựa kỹ thuật như PEEK minh họa cách các yêu cầu chức năng—chẳng hạn như tính tương thích sinh học hoặc cách điện—có thể quan trọng hơn giá thành vật liệu cơ bản trong các ứng dụng then chốt.
Thị trường vật liệu toàn cầu chứng kiến những đợt biến động giá khá mạnh mỗi năm, khoảng từ 12 đến thậm chí 18 phần trăm, chủ yếu là do những vấn đề chuỗi cung ứng mà chúng ta đang phải đối mặt, cùng với các căng thẳng địa chính trị đa dạng. Hãy nhìn vào giá đồng hồi năm 2023 như một ví dụ gần đây. Khi xảy ra tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng, chi phí gia công đồng thau đã tăng gần 40 phần trăm chỉ trong một đêm, điều này đã buộc nhiều xưởng sản xuất phải bắt đầu xem xét chuyển sang các phương án sử dụng nhôm thay thế. Một số công ty gần đây đã cố gắng đưa hoạt động sản xuất gần hơn về quê nhà. Mặc dù việc mua nguyên liệu nội địa giúp giảm thời gian chờ đợi khoảng từ hai đến ba tuần, nhưng thường đi kèm với mức giá cao hơn khoảng từ 10 đến 15 phần trăm so với các nhà cung cấp nước ngoài. Phần lớn các nhà sản xuất thông minh đều cố gắng xử lý những biến động không thể dự đoán này của thị trường thông qua các chiến lược quản lý tồn kho cẩn trọng và bằng cách làm việc đồng thời với nhiều nhà cung cấp khác nhau. Mấu chốt là phải duy trì được chất lượng sản phẩm trong khi vẫn giữ cho chi phí đủ thấp để khách hàng không bị đội ngân sách lên quá mức mong muốn.
Khi sản xuất số lượng nhỏ, ví dụ từ 1 đến 50 sản phẩm, mỗi sản phẩm sẽ có giá cao hơn từ 30 đến 50 phần trăm so với việc sản xuất 100 sản phẩm trở lên. Lý do là gì? Các chi phí cố định cho việc lập trình máy móc, chế tạo đồ gá và hiệu chỉnh thiết bị sẽ được chia cho ít sản phẩm hơn nhiều. Chẳng hạn, một chiếc giá đỡ bằng nhôm được sản xuất duy nhất một chiếc có thể khiến công ty tốn khoảng 85 đô la. Nhưng nếu họ đặt hàng 500 chiếc giá đỡ như vậy, giá mỗi chiếc sẽ giảm xuống chỉ còn khoảng 23 đô la. Hầu hết các xưởng sản xuất đều cho biết chi phí chuẩn bị ban đầu thường dao động từ 200 đến 500 đô la. Khi sản xuất với số lượng lớn, các chi phí ban đầu này gần như biến mất khi tính toán chi phí sản xuất từng sản phẩm.
Khi nói đến sản xuất CNC số lượng lớn, các nhà sản xuất thường dựa vào hệ thống tự động hóa, đường cung cấp vật liệu liên tục và mua vật liệu với số lượng lớn. Những chiến lược này có thể giảm thời gian lao động tới hai phần ba đồng thời giảm chi phí nguyên vật liệu từ 15% đến 30%, đặc biệt rõ rệt khi làm việc với các bộ phận bằng thép không gỉ. Tuy nhiên, việc chế tạo mẫu lại là một câu chuyện hoàn toàn khác. Quy trình này đòi hỏi sự điều chỉnh liên tục bằng tay và phải quay lại thiết kế nhiều lần. Do công việc bổ sung này, chi phí cho sản xuất tiêu chuẩn khoảng 45 USD mỗi giờ có thể tăng lên trên 75 USD mỗi giờ trong các môi trường nghiên cứu và phát triển nơi các mẫu này được chế tạo.
| Nguyên nhân | Sản xuất ít (1—100 đơn vị) | Sản xuất nhiều (1.000+ đơn vị) |
|---|---|---|
| Chi phí thiết lập/đơn vị | 8—20 USD | 0,50—2 USD |
| Thời gian gia công/đơn vị | 45—90 phút | 10—25 phút |
| Chất thải vật liệu | 12—18% | 5—8% |
Một nhà sản xuất phụ tùng ô tô đã ghi nhận mức tiết kiệm ấn tượng sau khi xem xét lại việc sản xuất các đầu nối bằng đồng thau vào năm 2023. Họ đã hợp nhất 27 mẻ sản xuất nhỏ lẻ thành chỉ ba đợt sản xuất chính, giúp giảm tổng chi phí khoảng 41%. Khi bắt đầu áp dụng các đường chạy dao tiêu chuẩn hóa và gộp chung các đầu nối có hình dạng tương tự, một điều thú vị đã xảy ra. Thời gian thiết lập máy giảm mạnh - từ khoảng 11 giờ mỗi tuần xuống còn chưa đầy 2,5 giờ. Điều này khiến máy móc hoạt động hiệu quả hơn, nâng tỷ lệ sử dụng trục chính lên gần 20%. Và cũng không thể bỏ qua việc giảm phế liệu. Các kỹ thuật sắp xếp vật liệu tốt hơn đã giúp giảm tỷ lệ phế phẩm từ 15% xuống còn 6%, mang lại lợi ích đáng kể cho lợi nhuận đồng thời tiết kiệm tài nguyên.
Các hình dạng phức tạp làm tăng thời gian chu kỳ và đòi hỏi dụng cụ chuyên dụng. Các đặc điểm như thành mỏng (<1 mm), khoang sâu và các đường viền phức tạp yêu cầu tốc độ ăn dao chậm hơn, thay nhiều dụng cụ và kiểm tra lặp lại nhiều lần. Các chi tiết yêu cầu gia công 5 trục thường có chi phí cao hơn 30—50% so với gia công 3 trục do nhu cầu lập trình phức tạp và độ chính xác cao trong căn chỉnh.
Khi xử lý các chi tiết lõm, các nhà sản xuất thường cần các đồ gá hoặc máy móc đặc biệt có thể làm việc trên nhiều trục cùng lúc. Công việc thiết lập loại này thường có giá từ năm mươi đến một trăm năm mươi đô la mỗi giờ. Các chi tiết có khoang rỗng bên trong thường tạo ra lượng phế liệu nhiều hơn khoảng mười lăm đến hai mươi lăm phần trăm so với các thiết kế đặc. Và đối với các dung sai rất chặt, khoảng cộng trừ 0,025 milimét, các kỹ thuật viên phải giảm tốc độ đáng kể để tránh vấn đề lệch dao cắt. Dựa trên các mốc ngành công nghiệp từ năm ngoái, có bằng chứng cho thấy các chi tiết có lỗ ren hoặc bề mặt côn thường phát sinh lượng phế liệu nhiều hơn khoảng mười hai đến mười tám phần trăm so với các chi tiết thông thường có bề mặt phẳng. Những con số này cho thấy lý do vì sao nhiều xưởng sản xuất cố gắng đơn giản hóa thiết kế của họ bất cứ khi nào có thể.
Các nhà sản xuất có thể tiết kiệm chi phí khi tuân thủ các kích thước lỗ tiêu chuẩn, nới lỏng các dung sai không thực sự quan trọng và bỏ qua các lớp hoàn thiện bề mặt phức tạp mà không ai thực sự cần. Việc thực hiện kiểm tra Thiết kế để Chế tạo (Design for Manufacturability) thường giúp cắt giảm chi phí sản xuất từ 15% đến 40%. Hãy nghĩ về điều này: việc thay thế các góc nhọn bằng góc bo tròn hoặc kết hợp các bộ phận từng tách biệt thành một có thể tạo ra sự khác biệt lớn. Nhóm DFMA đã thực hiện một nghiên cứu thú vị cho thấy rằng việc giảm số bước thiết lập từ năm xuống chỉ còn hai đã giúp giảm chi phí sản xuất mỗi đơn vị tới gần 30% khi làm việc với các mẫu thử bằng nhôm. Điều này hoàn toàn hợp lý khi bạn nghĩ rằng bao nhiêu thời gian và tiền bạc đã bị lãng phí vào các thiết lập phức tạp.
Các dung sai chặt làm tăng chi phí CNC do yêu cầu gia công chậm hơn, sử dụng dụng cụ chuyên dụng và kiểm tra bổ sung. Việc duy trì dung sai ±0.0005" (phổ biến trong ngành hàng không) có thể làm chi phí tăng 30—50% so với dung sai tiêu chuẩn ±0.005" (Staub Inc. 2023). Những yêu cầu này dẫn đến chu kỳ gia công dài hơn, thay thế dụng cụ nhiều hơn và tỷ lệ gia công lại cao hơn.
Dung sai tiêu chuẩn (±0.01" đối với kim loại) đáp ứng nhu cầu của 85% ứng dụng công nghiệp một cách hiệu quả. Dung sai độ chính xác cao (±0.001") chỉ nên áp dụng khi chức năng hoặc an toàn phụ thuộc vào độ chính xác tuyệt đối, ví dụ như trong:
| Loại hoàn thiện | Giá trị Ra (µm) | Hệ số chi phí tiêu biểu | Các ứng dụng chung |
|---|---|---|---|
| Gia công nguyên bản | 3,2—12,5 | 1.0x | Các Bộ Phận Kết Cấu |
| Anodized | 0,4—1,6 | 1,8—2,5 lần | Điện tử tiêu dùng |
| Bề mặt đánh bóng như gương | 0,025—0,05 | 3,0—4,2 lần | Dụng cụ y tế |
Các loại hoàn thiện không tiêu chuẩn làm tăng thêm 12—48 giờ cho quá trình sản xuất do phải trải qua các công đoạn phụ trợ như đánh bóng thủ công hoặc xử lý điện hóa.
Trong các lĩnh vực như sản xuất thiết bị y tế, chi phí cho việc xử lý sau chiếm từ 15% đến 35% tổng chi phí mà các công ty bỏ ra cho các dự án. Khi nói đến anodizing, các nhà sản xuất phải trả khoảng từ 25 xu đến 1,5 đô la cho mỗi inch khối được xử lý chỉ để tăng cường khả năng chống gỉ và mài mòn. Các nhà máy chế biến thực phẩm thường dựa vào mạ nickel hóa học, với chi phí dao động từ 2 đến 5 đô la cho mỗi linh kiện, tuy nhiên họ cũng phải chấp nhận sự chậm trễ trong sản xuất khoảng từ 3 đến 5 ngày bổ sung do quy trình này. Bối cảnh đã thay đổi đáng kể kể từ đầu năm 2020 khi các hệ thống đánh bóng tự động bắt đầu khẳng định vai trò của mình. Các giải pháp hoàn thiện bằng robot này giúp giảm nhu cầu lao động thủ công gần như gấp hai lần rưỡi so với các phương pháp truyền thống, mang lại cuộc cách mạng trong cách các xưởng sản xuất tiếp cận các quy trình xử lý bề mặt hiện nay.
Chi phí CNC tăng lên tỷ lệ thuận với thời gian chu kỳ, vì hoạt động kéo dài đòi hỏi lao động có tay nghề để giám sát, kiểm tra chất lượng và thay đổi dụng cụ. Lao động chiếm 30—50% chi phí dự án tại các xưởng truyền thống, với các thiết lập phức tạp có mức lương kỹ thuật viên từ 40—75 USD/giờ. Việc sử dụng đồ gá và quản lý dụng cụ hiệu quả giúp giảm thời gian dừng máy và làm giảm gánh nặng này.
Các nhà sản xuất hàng đầu kết hợp giữa nạp liệu bằng robot và giám sát bởi chuyên gia để tối ưu hiệu suất. Xử lý tự động giảm nhu cầu lao động tới 60% trong môi trường sản xuất hàng loạt (Báo cáo ngành 2023), trong khi các kỹ thuật viên vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc lập trình các công việc phức tạp và kiểm tra cuối cùng. Mô hình lai này giúp duy trì chất lượng trong khi giảm chi phí lao động thủ công từ 25—40% so với vận hành hoàn toàn thủ công.
Phần mềm CAM tiên tiến cho phép tối ưu hóa đường chạy dao, giúp giảm thời gian gia công từ 18—27% mà không làm mất độ chính xác. Các kỹ thuật như phay trochoidal làm giảm mài mòn dụng cụ cắt tới 35%, và kỹ thuật làm sạch thích ứng giúp giảm lực tác động khi gia công vật liệu. Một phân tích năm 2023 cho thấy các phương pháp này giúp giảm chi phí sản xuất tổng thể từ 12—19% trong các lĩnh vực ô tô và hàng không vũ trụ.
Nhôm thường là vật liệu tối ưu nhất về chi phí do khả năng gia công cao và chi phí nguyên liệu thấp hơn so với các kim loại như thép hoặc titan.
Khối lượng sản xuất càng lớn thường dẫn đến chi phí tính trên mỗi đơn vị sản phẩm càng thấp nhờ vào hiệu ứng kinh tế theo quy mô, làm giảm tác động của chi phí thiết lập và dụng cụ lên từng sản phẩm riêng lẻ.
Các hình dạng phức tạp đòi hỏi thời gian gia công lâu hơn, sử dụng các dụng cụ chuyên dụng và phải kiểm tra thường xuyên hơn, tất cả đều làm tăng chi phí.
Độ chính xác cao là yếu tố quan trọng khi tính năng hoặc độ an toàn đòi hỏi độ chính xác tuyệt đối, ví dụ như trong các ứng dụng y tế, hàng không vũ trụ hoặc bán dẫn.
Tự động hóa giúp giảm chi phí nhân công bằng cách hạn chế sự can thiệp bằng tay và tối ưu hóa hiệu suất gia công, đặc biệt trong môi trường sản xuất với số lượng lớn.
Tin Tức Nổi Bật
Bản quyền © 2025 thuộc về Công ty Công nghiệp và Thương mại Xiamen Shengheng - Chính sách bảo mật
EN
