Nowe tworzywo zapewnia jakościowy skok w dziedzinie układów zaworów

Firma Aventics zmieniła tworzywo sztuczne używane w systemach zaworów urządzeń do dializy. Jednak stosowane wcześniej wkrętarki pneumatyczne przekraczały określone momenty dokręcenia, powodując uszkodzenia gwintów i wzrost liczby odrzutów. Rozwiązaniem okazały się wkrętaki MicroTorque. Narzędzia te zapewniają bezpieczny montaż nowego materiału

3 października 2018

„Trwałe i niewielkie elementy pneumatyczne mają coraz większe znaczenie w branży nauk przyrodniczych”, mówi Daniel Gebert, odpowiedzialny za zarządzanie jakością w firmie Aventics GmbH w Laatzen. „Branża medyczna coraz częściej potrzebuje rozwiązań do zastosowań niskociśnieniowych o wysokim stopniu integracji elektrycznej i funkcjonalnej”, dodaje. Jako przykład bogatego portfolio produktów firmy opisuje system zaworów urządzeń do dializy: „Elementy tego typu łączą precyzję i najwyższą niezawodność. Nieustannie podnosimy jakość naszych produktów”.

Zmiana tworzywa doprowadziła do występowania przypadków poluzowanych śrub

W toku nieustannego rozwoju swoich produktów firma Aventics podjęła decyzję o zastosowaniu nowego rodzaju tworzywa do produkcji płytek podstawowych układu. Jednak w fazie poprzedzającej produkcję seryjną dochodziło często do zrywania gwintów przez śruby. Daniel Gebert zainicjował program mający na celu rozwiązanie problemu; zespół inżynierów dokładnie przyjrzał się zastosowaniu i wkrótce ustalił przyczynę problemu. Proste wkrętarki pneumatyczne zwyczajnie nie nadawały się do obsługi nowego materiału płytki bazowej. Na skutek swojej budowy narzędzia tego typu mogą być wyłącznie stosowane do dokręcania śrub stałym momentem oraz ze stałą prędkością. „Ze względu na bezwładność narzędzia gwinty były po prostu zrywane podczas dokręcania wkrętów samogwintujących” — wyjaśnia Gebert. Mimo że nowe tworzywo ma lepsze właściwości chemiczne, jest też bardziej wrażliwe. Stosowany wcześniej podzespół z tworzywa miał większą grubość, był wytrzymalszy i mocniejszy, dzięki czemu nie ulegał uszkodzeniu nawet podczas częstego przekraczania niezwykle niskiej wartości momentu dokręcania, wynoszącej 18 cNm (= 18 setnych niutonometra lub 0,18 Nm). Zastosowanie nowego materiału stało się dla firmy Aventics impulsem do ponownego przeanalizowania układów dokręcających, które do tej pory stosowano, pod kątem zapewnienia bezpieczeństwa procesu montażu.

proces montażu zaworów pneumatycznych urządzeń medycznych

Zdjęcie: Atlas Copco Tools

„Używaliśmy narzędzi pneumatycznych przez 20 lat i nigdy wcześniej nie mieliśmy z nimi problemów”, wyjaśnia Daniel Gebert, „ale też nigdy wcześniej nie mieliśmy tak złożonego procesu montażu zminiaturyzowanych elementów”. To zastosowanie wymaga montażu 22 miniaturowych zaworów wraz z filtrami i tulejami na płycie bazowej o całkowitych wymiarach 12 cm x 14 cm przy użyciu 44 samogwintujących wkrętów M1.6 z głowicami Torx-T2. Po procesie montażu następuje kontrola 100% elementów. „W przypadku wykrycia usterki wymagającej przeróbki lub wymiany dodatkowe koszty pracy dla każdego indywidualnego elementu wynoszą około 20 euro”, twierdzi Gebert. Firma Aventics była zadowolona z propozycji Atlas Copco Tools, dotyczącej zastosowania nowego wrzeciona MicroTorque. Monitorowane cyfrowo i sterowane prądowo wrzeciono zaskoczyło zespół firmy Aventics szerokim zakresem roboczym wynoszącym od 12,5 do 50 cNm (co odpowiada 0,125 do 0,5 Nm) oraz łatwą obsługą i uniwersalnością.

“W porównaniu z ręcznymi pneumatycznymi wkrętarkami prostymi system MicroTorque jest znacznie cichszy i bardziej precyzyjny”

Frank Straubel , Pracownik firmy Aventics

Zaawansowana technologia dokręcania dostosowana do tworzywa

Chociaż samogwintujące wkręty o średnicy 0,93 mm mają tylko cztery i pół obrotu gwintu, wrzeciono MicroTorque typu SWF41-50-HM4 zapewnia trzyetapowy proces dokręcania na tym bardzo krótkim dystansie. Daniel Gebert opisuje proces szczegółowo: „Na początku cyklu dokręcania wkładka wkrętaka obraca się z niższą prędkością, co umożliwia włożenie narzędzia do łba śruby Torx-T2. Po zakończeniu etapu wkładania, system przechodzi w tryb kąta obrotu i śruba jest dokręcana z prędkością 500 obr./min, aż do momentu zetknięcia głowicy z powierzchnią materiału. Po osiągnięciu tego punktu prędkość wrzeciona spada znacząco do 210 obr./min i śruba jest dokręcana ostatecznym momentem 18 centyniutonometrów na etapie kontroli dokręcenia”. Prędkość obrotową można ściśle kontrolować na każdym etapie, w związku czym system MicroTorque można dostosować do różnych zastosowań. Sygnały akustyczne i optyczne na wkrętaku i sterowniku zapewniają operatorowi stały wgląd w wyniki montażu. Do końca jesieni system został wykorzystany podczas 80 000 cykli montażu, nie wykazując żadnych problemów.

“Po zmianie procesu na sterowane i monitorowane dokręcanie współczynnik odpadów zmalał praktycznie do zera”

Ayhan Horoz , Planista produkcji

Uważne pilnowanie jakości dzięki dokładnym ścieżkom dokręcania

Nowy system firmy Atlas Copco ma jeszcze większe możliwości, podkreśla Gebert: „Kontroler MicroTorque jest niezwykle kompaktowy, a jego funkcje graficzne są po prostu fantastyczne. Trzeba tylko podłączyć zwykły komputer, a kontroler pozwala na drukowanie szczegółowych krzywych i planów dokręcania”. Wizualizacja jest przejrzysta i jednoznaczna. Dzięki analizie planów dokręcania firma Aventics może teraz interpretować operacje dokręcania znacznie bardziej szczegółowo i określać, co dzieje się na każdym etapie procesu. „To było po prostu niemożliwe w przypadku narzędzi pneumatycznych”.

Ścieżki dokręcania wskazują jakość dostarczanych podzespołów

“Wykresy zapewniają dokładne wskazanie wahań oporu. Zjawisko to występuje, jeśli średnice wywierconych wstępnie otworów gwintowanych w formowanych wtryskowo elementach wykraczają poza określone tolerancje. Podczas wkręcania śrub wkrętak MicroTorque wykrywa zmiany wartości tarcia w mikrozakresach. ”

Ayhan Horoz , Planista produkcji
proces montażu firmy aventics

Zdjęcie: Atlas Copco Tools

Dodatkową korzyścią systemu wkrętaków jest, zdaniem Ayhana Horoza, pomoc w ocenie jakości podzespołów zakupionych od dostawców. Firma Aventics może kompensować takie wahania przez dostosowanie parametrów dokręcania lub odrzucenie określonych elementów i złożenie reklamacji u dostawców, jeżeli wartości wykraczają zbytnio poza określony zakres. Dzięki takiemu podejściu ujawniają się nawet niewielkie wahania powłok śrub i właściwości materiałów elementów plastikowych.

Zdjęcie ukazuje Franka Straubela, który montuje elementy pneumatyczne stosowane branży nauk przyrodniczych przy użyciu sterowanego systemu wkrętaków MicroTorque. Dokręca systemy zaworów przy użyciu 44 wyjątkowo małych śrub M1.6. Operacje dokręcania są automatycznie zliczane.

Operatorzy doceniają korzyści ergonomicznej konstrukcji

aventics

Menedżer ds. jakości w firmie Aventics, Daniel Gebert, (po lewej) i planista produkcji, Ayhan Horoz (zdjęcie: Atlas Copco Tools)

Oprócz znacznej poprawy bezpieczeństwa procesu i parametrów technicznych kluczowym aspektem jest również pozytywna opinia pracowników. W porównaniu z wkrętarkami pneumatycznymi system MicroTorque jest praktycznie bezgłośny. Dodatkowo niewielkie wrzeciono SWF41-50-HM4 opiera się na ramieniu liniowym, co dodatkowo zmniejsza obciążenie operatora. W efekcie operatorzy szybko zaakceptowali nowe narzędzia. „Trzyetapowy proces dokręcania zapewnia nam wysoką precyzję. Dzięki temu możemy stosować prawidłową wartość ciśnienia, która jest tak ważna dla dokręcania, od pierwszej do ostatniej operacji”, mówi Daniel Gebert, którzy kupił uniwersalny system MicroTorque po udanych próbach. „Obecnie prace montażowe idą nam lepiej niż kiedykolwiek wcześniej”.

“Trzyetapowy proces produkcji pozwolił na znaczne zmniejszenie współczynnika odpadów i umożliwia nam prowadzenie produkcji z większą dokładnością niż kiedykolwiek wcześniej”

Daniel Gebert , Menedżer ds. jakości

Autor: Heiko Wenke