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Metodi Poka-Yoke per il serraggio dei bulloni nelle linee di assemblaggio di componenti automobilistici

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Serraggio di bulloni su linee di assemblaggio di componenti automobilistici, serraggio di bulloni, sistema di serraggio automatico di viti

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Nella catena di montaggio dei componenti automobilistici, il serraggio dei bulloni è un processo critico e una delle operazioni che richiedono più lavoro. Poiché i bulloni sono di molti tipi, in grandi quantità e molto simili tra loro, gli operatori commettono spesso errori che portano a difetti di qualità. L'elenco dei difetti di qualità e i registri di rilavorazione di un'azienda mostrano che spesso si verificano spanature, bulloni mancanti o sbagliati e bulloni allentati. Questi difetti sono in gran parte causati da operatori che ripetono un'operazione di serraggio, saltano un bullone o non raggiungono la coppia massima. La formazione e l'esperienza possono ridurre i tassi di errore, ma poiché gli esseri umani sono intrinsecamente limitati, è impossibile operare al 100% senza errori. Pertanto, per risolvere il problema alla radice, dobbiamo andare oltre una più rigida disciplina dell'operatore e dotare la linea di funzioni poka-yoke (a prova di errore) a copertura totale.

Le attrezzature di serraggio presenti sul mercato sono varie, ma gli strumenti di serraggio elettrici sono i più diffusi nell'assemblaggio di componenti automobilistici grazie alla loro elevata economicità. Gli utensili sono disponibili in due stili principali:

Utensili in linea (con impugnatura a pistola): ottimi per coppie elevate e accesso a qualsiasi angolo.

Utensili ad angolo retto (diritti) - migliori per applicazioni a bassa coppia e lavori orizzontali.

Entrambi gli stili possono erogare diversi livelli di coppia e il programma selezionato viene commutato automaticamente tramite un selettore di presa; ogni posizione della presa è mappata uno a uno con un programma di serraggio.

Gli utensili stessi possono già misurare la coppia, l'angolo e il numero di giri. Questa è la base per la protezione dagli errori. Tuttavia, poiché il processo di produzione e il comportamento dei giunti di fissaggio sono complessi, i limiti di monitoraggio superiore/inferiore per questi parametri non possono essere stabiliti solo dall'esperienza, né sono disponibili standard. Pertanto, è necessario uno sforzo supplementare per sbloccare il pieno potenziale di protezione dagli errori delle pistole.

Prevenzione del riavvitamento
Se un bullone è stato serrato due volte si può giudicare dall'angolo di rotazione. In caso di normale serraggio, un bullone può ruotare dall'inizio alla fine di una dozzina di giri completi. Se un bullone già serrato viene serrato nuovamente con la stessa coppia di serraggio, l'angolo di rotazione aggiuntivo è molto ridotto, quasi nullo. Pertanto, monitorando l'angolo di serraggio è possibile rilevare un nuovo serraggio.
In pratica, al controllore dell'utensile viene assegnato un limite inferiore dell'angolo. Se l'angolo misurato è inferiore a tale limite, il bullone viene considerato già serrato e il controllore emette un allarme.

Due parametri chiave influenzano il calcolo dell'angolo:

Coppia di serraggio - il valore di coppia al quale inizia il ciclo di controllo preciso della pistola.

Coppia di soglia - il valore di coppia al quale inizia il conteggio dell'angolo; deve essere ≥ alla coppia di spunto.

Poiché il bullone trascorre la maggior parte del tempo di serraggio al di sotto della coppia di serraggio, anche l'angolo di serraggio calcolato in condizioni normali è molto piccolo (spesso < 100°). Ciò comprime notevolmente l'intervallo utilizzabile per il limite inferiore dell'angolo. Se il limite è impostato troppo alto, la pistola emetterà un allarme errato ad ogni serraggio normale.

Nel frattempo, gli angoli di serraggio effettivi variano notevolmente a causa della forza del polso dell'operatore, della durezza del materiale del giunto, della forza di reazione della pistola e della presenza/assenza e dello spessore/durezza delle rondelle. Gli angoli di riavvitamento possono variare da quasi zero a 30-40° o più. Di conseguenza, il limite inferiore dell'angolo deve essere aumentato, altrimenti il poka-yoke di serraggio diventa inefficace.

Questi due vincoli contrastanti rendono difficile la definizione del limite dell'angolo. Un valore affidabile non può essere ricavato dall'esperienza o da semplici ipotesi, ma deve derivare da una meticolosa osservazione in loco e da un'analisi dei dati su larga scala. Dopo aver raccolto i dati sul serraggio, si stabilisce l'angolo limite inferiore preliminare per il serraggio. Poi, in base alla forza dell'operatore, alla durezza del bullone/giunto, al tipo di pistola e alle condizioni della rondella, il limite viene perfezionato.

Prevenzione dei bulloni mancanti
La prevenzione dei bulloni mancanti si ottiene principalmente attraverso il conteggio.

Esempio: un pezzo richiede il serraggio di 10 bulloni identici in una stazione. Lo strumento accumula il conteggio. Se il conteggio finale è inferiore a 10, la linea o l'apparecchiatura associata reagisce, fermando il pallet o emettendo un allarme. Una volta che il conteggio raggiunge il valore di 10, la pistola si autoblocca; non è possibile effettuare ulteriori avvitamenti fino all'arrivo di un nuovo pezzo.

Devono essere soddisfatti due prerequisiti:
Lo strumento deve supportare lo scambio di dati con la linea.

Il poka-yoke di serraggio descritto sopra deve essere perfettamente funzionante.

Il prerequisito 1 può essere soddisfatto in due modi:
a) Identificazione automatica tramite tag RF sul pallet
- Il trasportatore è dotato di una testina di lettura/scrittura.
- Ogni volta che un pezzo entra nella linea, il suo numero di serie viene scritto su un tag RF sul pallet.
- Quando il pallet arriva a una stazione, la testina di lettura/scrittura cancella il numero di serie precedente e carica quello nuovo, consentendo alla pistola di sapere che è arrivato un nuovo pezzo.

b) Scansione manuale di codici a barre/QR
- Uno scanner portatile è posizionato accanto alla linea.
- Sequenza: arriva il pezzo → l'operatore esegue la scansione del codice a barre → il controllore della pistola aggiorna i dati del pezzo → l'operatore stringe → conteggio OK → pallet rilasciato → arriva il pezzo successivo.
- A causa della fase manuale aggiuntiva, la produttività è inferiore rispetto al metodo (a).

Il prerequisito 2 è critico: se il riavvitamento non viene rilevato, un operatore potrebbe stringere un bullone due volte, raggiungere il numero di pezzi previsto, ma mancare comunque un bullone. Pertanto, per evitare di perdere i bulloni, il poka-yoke di riavvitamento deve essere prima completamente convalidato.

Prevenzione del fuori specifica di coppia
La coppia fuori specifica deriva principalmente da:

(1) L'operatore rilascia il grilletto prima che la pistola raggiunga la coppia massima.
(2) Velocità eccessiva della pistola → grande inerzia → la coppia supera la finestra.
(3) Nelle pistole multi-coppia si sceglie la presa sbagliata perché le prese sembrano identiche ma corrispondono a programmi di coppia diversi.

Poiché l'utensile dispone già di una valutazione affidabile della coppia, si allarma quando la coppia non rientra nel range. Tuttavia, in un'officina rumorosa, gli operatori possono ignorare l'allarme. Per ottenere una protezione al 100%, l'utensile deve bloccare le operazioni fino a quando l'operatore non intraprende un'azione correttiva.

La soluzione consiste nel collegare la funzione di allarme dell'utensile alla sua funzione di inversione nel programma del controllore:

Se la coppia è bassa, la pistola non può continuare fino a quando l'operatore non stringe nuovamente per raggiungere l'obiettivo.

Se la coppia è elevata, la pistola non può continuare finché l'operatore non arretra leggermente il bullone.
Questo elimina efficacemente i rischi (1) e (2).

Per quanto riguarda il rischio (3) - selezione errata del bicchiere - gli utensili serrano tranquillamente alla coppia definita dal programma selezionato senza alcun allarme, quindi il collegamento al programma di cui sopra è inefficace. Il selettore di prese deve invece imporre la sequenza corretta.

Fasi di implementazione:

Definire la sequenza di serraggio e il conteggio esatto per ogni bicchiere, in base ai requisiti di processo.

La sequenza di ogni utensile è unica.

Se l'operatore sceglie la presa sbagliata, l'utensile non si avvia.

Una volta che uno zoccolo ha raggiunto il numero programmato, l'utensile lo blocca fino alla sostituzione del pezzo.

In questo modo si impone all'operatore una disciplina e si eliminano gli errori di coppia causati da errori di presa.

Verifica continua
Il Poka-yoke non è un'installazione unica, ma richiede:

Un piano di controllo personalizzato in base ai requisiti di qualità del prodotto.

Audit periodici della linea per garantire che tutte le funzioni di protezione dagli errori rimangano efficaci.

Solo istituzionalizzando queste pratiche, la linea di assemblaggio può sostenere prestazioni di serraggio a lungo termine e a zero difetti.