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새로운 플라스틱으로 밸브 시스템의 품질을 크게 높입니다.

Aventics에서는 투석 유닛 밸브 시스템에 사용하던 플라스틱을 변경했습니다. 그런데 이전에 사용하던 공압 너트러너가 지정된 토크 값을 초과했습니다. 나사산이 벗겨지고 불량률이 급격히 증가했습니다. MicroTorque 스크루드라이버가 솔루션이었습니다. 이 공구를 사용하면 새 소재를 안전한 공정에서 조립할 수 있습니다.

2019년 9월 10일 (화)

랏젠에 위치한 Aventics GmbH의 품질 관리 책임자인 Daniel Gebert는 “견고하고 컴팩트한 공압 부품이 생명과학 분야에서 점점 중요해지고 있습니다”라며, “보건 분야에서는 고도의 전기적, 기능적 통합을 통해 저압 응용 분야를 위한 솔루션을 점점 더 요구하고 있습니다”라고 덧붙입니다. 그의 회사의 광범위한 제품 포트폴리오를 예로 들면서 그는 투석 유닛 밸브 시스템에 대해 이렇게 설명합니다. “이 부품은 정밀도와 극한의 안정성을 결합하였습니다. 우리는 제품을 끊임없이 개선하고 있습니다.”
플라스틱을 바꿔 느슨해진 나사
제품의 지속적인 개발 과정에서 Aventics는 시스템 기판에 새로운 유형의 플라스틱을 사용하기로 결정했습니다. 그러나 예비 생산 단계에서 종종 나사의 나사산이 벗겨졌습니다. Daniel Gebert는 문제 해결 활동을 시작했습니다. 엔지니어링 팀은 전체 작업 과정을 자세히 살펴본 후 곧 문제의 원인을 발견했습니다. 이전에 사용 된 공압식 일자형 너트러너는 새로운 기판 소재에 적합하지 않았습니다. 그 설계로 인해 이 공구 유형은 고정된 토크 값과 속도로만 나사를 조일 수 있었습니다. "공구의 관성 때문에 자동 태핑 나사를 조일 때 나사산이 그냥 벗겨졌습니다."라고 Gebert는 말했습니다. 새로운 플라스틱이 화학적 관점에서 더 적합했지만, 더 민감하기도 했습니다. 이전에 사용된 플라스틱 부품은 더 두껍고 견고하고 강했으며, 18cNm(= 18센티뉴턴미터 또는 뉴톤미터로는 0.18Nm)의 매우 낮은 지정 토크 값이 반복적으로 초과되어도 손상되지 않았습니다. 새로운 재료로 변경함에 따라 Aventics는 안전한 조립 공정을 보장하기 위해 이전에 사용되었던 체결 시스템을 다시 생각하게 되었습니다.
의료용 공압 밸브 조립 공정

사진: 아트라스콥코 툴스

Daniel Gebert는 “공압 공구를 이미 20년 동안 사용해왔지만 이전에는 전혀 문제가 없었습니다”라면서 “그러나 이전에는 그렇게 복잡하고 소형화된 조립 작업도 없었습니다”라고 설명합니다. 이 작업은 Torx-T2 헤드의 자동 태핑 M1.6 나사를 총 44개 사용하여 필터, 슬리브를 모두 갖춘 22개의 소형 밸브를 전체 크기가 약 12cmx14cm인 기판에 설치해야 합니다. 조립 공정은 100% 검사를 거칩니다. Gebert는 “재작업이나 교체가 필요한 결함이 발견되면 개별 부품의 추가 인건비만 각각 약 20유로”라고 전합니다. Aventics는 이 응용 분야에서 새로 개발된 Microtorque 스핀들을 사용한 Atlas Copco Tools의 제안을 기꺼이 받아들였습니다. 디지털 방식으로 모니터링되는 이 전류 제어식 스핀들은 12.5~50cNm(0.125~0.5Nm에 해당)의 넓은 작동 범위와 쉬운 조작, 다양한 기능으로 Aventics 팀을 놀라게 했습니다.

“ 핸드헬드 공압식 일자형 너트러너보다 MicroTorque 시스템이 훨씬 더 조용하고 더 정밀 ”

Frank Straubel , Aventics 직원
소재를 극복한 정교한 체결 전략
직경 0.93mm의 자동 태핑 나사는 나사산 회전이 4.5회이지만, MicroTorque 스핀들 타입 QMC41-50-HM4는 매우 짧은 거리에서 3단계 체결 공정을 수행합니다. Daniel Gebert는 이 공정에 대해 다음과 같이 자세히 설명했습니다. “체결 사이클의 시작 부분에서 스크루드라이버 인서트는 회전 속도를 줄인 상태로 Torx-T2 나사 머리에 공구를 삽입합니다. 이러한 삽입 단계가 완료되면 시스템이 회전 각도 단계로 전환되고 헤드가 자재 표면과 접촉할 때까지 나사가 500rpm으로 조여집니다. 이 지점에 도달하자마자 스핀들 속도는 210rpm으로 크게 감소하고 토크 제어 단계에서 18센티뉴턴미터의 최종 토크 값으로 나사가 조여집니다.” 모든 단계에서 회전 속도를 자유롭게 프로그래밍할 수 있는 MicroTorque 시스템은 다양한 체결 작업에 적용할 수 있습니다. 스크루드라이버와 컨트롤러의 광 및 음향 신호는 작업자에게 항시 체결 결과의 상황을 제공합니다. 늦가을까지 이 시스템은 아무런 문제 없이 8만 사이클을 완료했습니다.

“ 제어하고 모니터링하는 체결 공정으로 전환한 이후 불량률 제로 달성 ”

Ayhan Horoz , 생산 계획 담당자
상세한 체결 플롯을 통한 면밀한 품질 관리
Gebert는 아트라스콥코에서 개발한 시스템에서 더욱더 많은 기능을 수행할 수 있다고 강조하며 다음과 같이 설명합니다. “MicroTorque 컨트롤러는 아주 작고 그래픽 기능이 환상적입니다. 일반 PC를 연결하기만 하면 컨트롤러가 상세한 곡선 및 체결 플롯을 인쇄할 수 있습니다.” 시각화는 명확하고 분명합니다. Aventics에서는 이제 체결 플롯 분석을 통해 체결 작업을 훨씬 자세히 해석할 수 있으며 공정의 각 단계에서 발생하는 내용을 정확히 이해할 수 있습니다. “공압 공구로는 불가능했던 일입니다.”
공급된 부품의 품질을 보여주는 체결 플롯

“ 그래프에서 삽입 저항의 변동이 정밀하게 표시됩니다. 이는 주입 성형 구성 요소에서 나사산을 사전 천공한 구멍의 직경이 지정된 공차를 벗어나는 경우 발생할 수 있습니다. 나사 삽입 중 MicroTorque 스크루드라이버에서 마찰 값의 변화를 마이크로 범위로 감지합니다. ”

Ayhan Horoz , 생산 계획 담당자
Aventics 조립 공정

사진: 아트라스콥코 툴스

Ayhan Horoz는 공급업체에서 구매한 구성 요소의 품질 평가에 도움이 되는 것을 스크루드라이버 시스템의 추가 이점으로 꼽습니다. Aventics에서는 체결 매개변수를 조정하여 값이 지정된 범위를 너무 많이 벗어나는 경우 우려되는 구성 요소를 거부하거나 불만 사항을 제시하여 해당 변동을 보완할 수 있습니다. 이 접근 방식 덕분에 나사 코팅 또는 플라스틱 부품 소재 특성의 아주 사소한 변동도 드러납니다.

사진에서 Frank Straubel은 제어형 MicroTorque 스크루드라이버 시스템을 사용하여 생명과학 분야의 공압 구성 요소를 조립합니다. 아주 작은 M1.6 나사 44개를 사용하여 밸브 시스템을 체결합니다. 체결 작업 횟수가 자동으로 계산됩니다.
작업자들이 인체 공학적 이점을 높게 평가
Aventics

Aventics 의 품질 관리자 Daniel Gebert(왼쪽)와 생산 계획 담당자 Ayhan Horoz(사진: 아트라스콥코 툴스)

공정 안전성 및 기술적 성능의 현저한 개선 외에도 인력의 수용성도 핵심적인 요소입니다. 공압 너트러너와 비교하여 MicroTorque 시스템은 거의 소음이 없습니다. 또한, 작은 QMC41-50-HM4 스핀들은 선형 암으로 지지되어 작업자의 부담을 덜어줍니다. 그 결과 작업자들은 새로운 장비를 빠르게 받아들였습니다. 성공적인 시험을 거친 다용도 MicroTorque 시스템을 구매한 Daniel Gebert는 “3단계 체결 공정 덕분에 높은 토크에서 정밀도를 달성하였습니다. 결과적으로 우리는 첫 체결에서 마지막 체결 작업까지 정확한 압력을 적용하고 있으며, 이는 체결 작업에 매우 중요합니다”라고 말합니다. “우리는 지금 그 어느 때보다 조립 작업을 더 잘 수행하고 있습니다.”

“ 3단계 조립 공정 덕분에 불량률이 대폭 감소했고 이제 그 어느 때보다도 정밀하게 생산하고 있습니다. ”

Daniel Gebert , 품질 관리자
작성자: Heiko Wenke