Цена за килограмм — худшая метрика закупки полимера

В тендерной таблице стоят три предложения, отсортированные по гривнам за килограмм. Самое дешёвое подсвечено зелёным. Проблема в том, что ваш цех продаёт не килограммы — он продаёт детали. А между килограммом гранулы и деталью в коробке стоят четыре множителя, ни один из которых не попал в ту таблицу. Эта статья показывает, как посчитать стоимость детали вместо цены за килограмм, и почему спецификация «грн/кг» структурно выбирает худшего поставщика.

Все числовые диапазоны ниже поданы либо со ссылкой на стандарт, либо с пометкой «типично для класса — сверять по TDS марки». Арифметические примеры построены на явно объявленных входных данных: подставьте собственные цифры — метод от этого не изменится. Цель статьи — не дать универсальные коэффициенты, а отдать читателю рабочую модель.

Вы покупаете килограммы, а продаёте кубические сантиметры

Это не риторическая фигура, а буквальная бухгалтерия. Чертёж задаёт объём детали — он фиксирован геометрией и не меняется от того, из чего вы льёте. Масса детали равна этому объёму, умноженному на плотность материала. Следовательно, количество деталей из тонны гранулы определяет плотность, а не цена.

В материаловедении это известная вещь. Эшби в классической методике подбора материалов прямо указывает: чтобы перейти от индекса минимальной массы к индексу минимальной стоимости, в формуле заменяют плотность ρ на произведение C_m·ρ — стоимость единицы объёма (Material selection, обзор методики; Ansys Granta, о диаграммах Эшби). Цена за килограмм в чистом виде ни в одном корректном индексе подбора не появляется — она всегда идёт в паре с плотностью.

Плотность определяется по ISO 1183 и для наполненных марок предсказуемо считается по правилу смесей:

Подставим ρ(PA6) ≈ 1,13 г/см³ и ρ(E-стекло) ≈ 2,54 г/см³. Для GF30 получаем ≈ 1,36 г/см³, для GF50 — ≈ 1,56 г/см³. Оба значения ложатся в диапазоны, которые мы держим как контрольные для класса (PA6 GF30: 1,35–1,40 г/см³), то есть модель рабочая. Вот что это означает в кубических сантиметрах на килограмм.

Читается это так. Если поставщик A предлагает ненаполненный PA6, а поставщик B — PA6 GF50 по той же цене за килограмм, то деталь из материала B стоит вам в 1,38 раза дороже по сырью (1,56 / 1,13). Чтобы сравняться по стоимости детали, GF50 должен стоить примерно 0,72 от цены ненаполненного PA6 за килограмм. Такого на рынке практически не бывает — но из этого не следует, что GF50 проигрывает. Просто сравнение ещё не началось: мы посчитали лишь первый множитель из четырёх.

Четыре множителя между гранулой и деталью

где ρ — плотность, V — объём детали по чертежу, C_кг — цена гранулы за килограмм, b — доля брака, t_цикл — время цикла, S_маш — ставка машино-часа, n — количество гнёзд.

Формула намеренно проста: в ней нет ничего, чего вы не знаете. Вся ценность — в том, что цена за килограмм стоит в ней одним сомножителем из пяти, и четыре других она не контролирует.

Объём детали — не константа, если вы меняете материал

Здесь прячется самая дорогая ошибка, и именно из-за неё сравнение «за килограмм» не просто неточное, а систематически смещённое.

Объём детали фиксирован лишь до тех пор, пока вы не трогаете чертёж. Но деталь, как правило, конструируют под жёсткость. Жёсткость пластины или ребра на изгиб пропорциональна произведению E · s³, где E — модуль упругости, s — толщина стенки. Если вы заменяете более жёсткую марку на более дешёвую и менее жёсткую, сохранить жёсткость узла можно только утолщением стенки — и утолщение входит в куб.

Возьмём типичные для класса значения модуля при изгибе: PA6 GF50 — около 16 ГПа, PA6 GF30 — около 9 ГПа (оба — типично для класса, сверять по TDS). Отношение толщин для равной жёсткости:

Стенка толстеет на 21 %. Масса детали при этом растёт как ρ · s, то есть (1,36 · 1,21) / (1,56 · 1,00) ≈ 1,06 — примерно на 6 %. Итак, «экономия за килограмм» от перехода на GF30 частично съедается уже на этапе массы. Но главное впереди: время охлаждения растёт как квадрат толщины стенки, то есть примерно на 47 %.

Обратите внимание на асимметрию: жёсткость даёт нам выигрыш в кубе, а охлаждение карает в квадрате. Именно поэтому конструкторский выбор «взять более жёсткий материал и сделать стенку тоньше» так часто выигрывает по себестоимости, несмотря на более высокую цену за килограмм.

Брак — множитель, который никто не пишет в коммерческом предложении

Формально брак умножает стоимость сырья на 1/(1 − b). Разница между 2 % и 6 % брака — это коэффициенты 1,020 и 1,064, то есть около 4 % разницы в расходе материала. На этом месте закупщик обычно машет рукой: «четыре процента — мелочь против десяти процентов скидки за килограмм».

Ошибка в том, что бракованная деталь забирает не только гранулу. Она забирает полный цикл машины, место в гнезде, труд оператора, а на ответственных деталях — ещё и время контроля. Поэтому реальная цена процента брака привязана не к стоимости сырья, а к стоимости машино-часа, делённой на количество годных деталей. И чем дороже машина и короче цикл, тем дороже каждый процент брака.

Вот как четыре множителя ведут себя при замене материала — и по какому методу каждый из них проверяется.

Почему тендер «за килограмм» структурно выбирает худшего поставщика

Это самая неприятная часть, и она не о недобросовестности, а о геометрии критерия.

Представьте двух поставщиков. Первый держит стабильный MFR между партиями, даёт CoA на каждую партию, подбирает марку под толщину стенки и сопровождает пуск пресс-формы. Всё это стоит денег и сидит в цене за килограмм. Второй предлагает номинально ту же марку на 8 % дешевле — за счёт более широкого допуска по вязкости, менее стабильной стабилизационной системы или более высокой доли возвращённого материала в композиции.

В колонке «грн/кг» второй выигрывает. В колонке «стоимость годной детали» он может проиграть — из-за более длинного цикла, из-за более широкого разброса размеров, из-за дополнительного процента брака на сварных швах. Но этой колонки в тендере нет, и создать её может только заказчик.

Отсюда практический вывод: критерий «самая низкая цена за килограмм» — это не нейтральный способ сравнить, а активный фильтр, который отсеивает поставщиков, чья ценность лежит в технологических множителях. Если вы хотите, чтобы такие поставщики приходили в ваш тендер, критерий должен содержать хотя бы плотность, а лучше — стоимость годной детали по согласованной методике.

Самый дешёвый способ исправить тендер: добавить в форму предложения два обязательных поля — плотность по ISO 1183 и MFR по ISO 1133 с указанием условий испытания. Это ничего не стоит, ничего не раскрывает и уже делает сравнение честным в первом приближении. Как читать остальные строки паспорта — мы разбирали отдельно: Как читать TDS полимера.

Когда цена за килограмм всё же релевантна

Было бы нечестно доводить тезис до абсурда. Есть ситуации, в которых грн/кг — вполне рабочая метрика.

• Продукция продаётся на вес: труба, профиль, лист, кабельная оболочка. Здесь масса — это и есть изделие.
• Материал идёт на компаундирование или вторичную переработку, а не в деталь с чертежом.
• Сравниваются две партии одной и той же марки от разных поставщиков — плотность, модуль и реология совпадают по определению.
• Деталь толстостенная и медленная, машино-час дешёвый, а сырьё составляет преобладающую долю себестоимости.

• Сравнение марок с разным типом или долей наполнителя по цене за килограмм не имеет инженерного смысла — это сравнение разных объёмов.
• Сравнение разных полимеров (PA6 против POK, PA6 GF30 против PA66 GF30) по цене за килограмм не имеет смысла тем более: у них разные плотность, усадка, модуль и температуропроводность одновременно.
• Тонкостенная быстроцикловая деталь на дорогой машине — случай, в котором цена сырья может оказаться второстепенным слагаемым. Но это именно тот случай, который нужно посчитать, а не предположить.

Поликетон — показательный пример того, как работает арифметика. Exablend® POK имеет плотность около 1,24 г/см³ (ISO 1183) — между ненаполненным полиамидом и PA6 GF30, то есть даёт больше деталей из тонны, чем стеклонаполненная марка. При этом его усадка заметно выше (ориентировочно 1,5 % продольная / 1,6 % поперечная по ISO 294-4), а это требование к пересчёту допусков, а не «бесплатное» преимущество. Мы отдельно разбирали, что именно пересчитывать конструктору: Гайд для конструктора: POK вместо POM и полиамида. Стоимость детали из POK может оказаться ниже или выше полиамидной — и это всегда вопрос к конкретному чертежу, а не к прайсу.

Что проверить перед серийным запуском

• Плотность по ISO 1183 в TDS каждой марки-кандидата, а не «где-то читал, что примерно одинаково».
• Модуль при изгибе и толщина стенки, пересчитанная под равную жёсткость узла, а не перенесённая со старого чертежа.
• Усадка продольная и поперечная по ISO 294-4 — и попадает ли деталь в допуск без доработки формы.
• Фактическое время цикла на пробной партии, а не оценка из каталога; отдельно — время охлаждения самого толстого сечения.
• Процент брака, измеренный на партии достаточного объёма, с разнесением по причинам (коробление, сварной шов, недолив).
• Разброс MFR между партиями по CoA — источник скрытого брака на серии.
• Влажность гранулы перед литьём: для полиамидов это предпосылка воспроизводимости любого из предыдущих пунктов.
• Абразивный износ шнека и горячего канала при переходе на высоконаполненную марку — расход, который проявляется через месяцы.

Экспертный разбор: 5 вопросов о стоимости детали

1. Почему в тендере нельзя просто нормировать цену на плотность и на этом остановиться? Потому что нормирование на плотность закрывает первый множитель из четырёх и молчит об остальных. Оно корректно сравнит две марки с одинаковым модулем и одинаковой реологией — например, две партии PA6 GF30 от разных поставщиков. Но как только кандидаты отличаются по жёсткости, вы не имеете права держать толщину стенки постоянной, а значит и объём детали перестаёт быть общей базой сравнения. Нормирование на плотность — это правильный первый шаг и плохой последний.

2. Насколько на самом деле наполненная марка сокращает цикл? Направление стабильно: с ростом содержания стекла температуропроводность обычно растёт, а более высокая теплостойкость позволяет поднять температуру выталкивания — оба эффекта сокращают охлаждение. Величину назвать нельзя: она зависит от марки, толщины, системы охлаждения и критерия годности детали при выталкивании. Любой, кто называет вам конкретный процент без вашей пресс-формы, продаёт, а не считает. Правильное действие — две пробные партии и секундомер.

3. Мы льём тонкостенную деталь на дорогой машине. Имеет ли смысл вообще торговаться за гранулу? Имеет, но с другим приоритетом. В этом режиме доминирует машино-час, поэтому самые большие деньги лежат в стабильности цикла и в проценте брака, а не в гривнах за килограмм. Рациональная стратегия — платить за предсказуемую реологию (узкий допуск MFR, CoA на партию) и за высокотекучую марку, которая позволяет снизить давление и температуру расплава. Скидка за килограмм, купленная ценой плавающей вязкости, здесь почти всегда убыточна.

4. Литники и возвращённый материал меняют картину? Да, и в обе стороны. Возврат дроблёнки уменьшает эффективный расход первичной гранулы, но каждый цикл переработки укорачивает молекулярную цепь и, для стеклонаполненных марок, сокращает длину волокна — а вместе с ней падает модуль. Падение модуля возвращает нас к пункту о толщине стенки: чтобы удержать жёсткость, придётся либо ограничить долю дроблёнки, либо толстеть. Поэтому долю возврата определяют испытанием детали, а не желанием сэкономить на закупке.

5. Что делать, если поставщик отказывается давать плотность и MFR с условиями испытания? Рассматривать это как ответ по существу. Плотность по ISO 1183 и MFR по ISO 1133 с указанием температуры и нагрузки — базовые строки любого технического паспорта, они не являются коммерческой тайной и не раскрывают рецептуру. Поставщик, который не подаёт их в стандартизированном виде, либо не имеет собственного контроля партий, либо не готов брать ответственность за воспроизводимость. И первое, и второе — ценовая информация, просто не в той колонке, в которой её привыкли искать.

Итог

Цена за килограмм — не ошибочное число. Она просто отвечает на вопрос, которого ваше производство не ставит. Производство спрашивает, сколько стоит годная деталь в коробке, а на этот вопрос отвечают четыре множителя: плотность, объём детали (который зависит от модуля), время цикла (которое зависит от квадрата толщины стенки) и брак.

Хорошая новость в том, что все четыре берутся из открытых источников: TDS, чертёж, секундомер и журнал брака. Плохая — в том, что ни один из них не появится в сравнительной таблице сам. Его туда нужно внести.

Examid® PA6 GF50 R10 — Максимальное армирование — инструмент сокращения толщины стенкиМодуль ≈ 16 GPa · плотность типично ≈ 1,56 g/cm³ (ISO 1183) · TDS по запросуУточнить условия поставки →

Examid® PA6 GF30 — Базовая марка серийного литья — контрольная точка для расчётаМодуль при изгибе 8–10 GPa · плотность 1,36–1,38 g/cm³ · CoA на партиюУточнить условия поставки →

Exablend® POK M330A — Поликетон с плотностью ≈ 1,24 g/cm³ — больше деталей из тонныISO 1183 · усадка по ISO 294-4 требует пересчёта допусковУточнить условия поставки →

Material Wizard поставляет инженерные полиамиды Examid® и поликетоны Exablend®, предоставляет TDS и CoA на партию и сопровождает технический подбор марки под конкретную деталь — включая расчёт стоимости годной детали по вашему чертежу и вашей ставке машино-часа. Локации компании — Деражня и Харьков. Чтобы купить с доставкой по Украине или посчитать стоимость годной детали под ваше ТЗ — уточняйте у специалиста.