PRAKTYKA I TEORIA KONTROLI JAKOSCI WTRYSKIWANYCH WYROBÓW Z WYKORZYSTANIEM NARZĘDZI KONTROLI PROCESU WTRYSKIWANIA

Transkrypt

1 PRAKTYKA I TEORIA KONTROLI JAKOSCI WTRYSKIWANYCH WYROBÓW Z WYKORZYSTANIEM NARZĘDZI KONTROLI PROCESU WTRYSKIWANIA 1. Wprowadzenie Rozwijająca się technologia automatyzacji produkcji gotowych elementów wyposażenia elektrotechnicznego w połączeniu z produkcją bez zapasów magazynowych ( just in time ) jak również częste modyfikacje i nowe wersje wyposażenia wykorzystujące w swojej budowie elementy wtryskiwane z tworzyw sztucznych narzucają procesom produkcji bardzo wysokie wymagania jakości produkowanych detali. Automatyzacja montażu precyzyjnych zespołów technicznych wykorzystywanych budowie elementów wyposażenia np. samochodów wymaga dostarczania detali w 100% dobrych o bardzo wysokiej jakości wymiarowej i wizualnej. Każdy wadliwy element wtryskiwany może być przyczyną zatrzymania linii montażowej, produkcji wadliwych elementów elektrotechnicznych. Ten kierunek wydaje się być tylko pierwszym wyzwaniem dla wysokiej jakości wtryskiwanych wyrobów technicznych. Drugim wyzwaniem dla nowoczesnej wtryskowi jest produkcja detali które dzięki wykorzystaniu najnowszych narzędzi konstruowania (CAD,CAM,CAE) podąża w kierunku coraz to bardziej skomplikowanych detali a co jest z tym nierozerwalnie połączone i procesy technologiczne są wysoko specjalistyczne ukierunkowane na zastosowywanie w procesie najnowszych osiągnięć techniki producentów wtryskarek. Wszystkie te aspekty produkcji wtryskiwanych wyrobów wymagają stałego nadzorowania jakości bieżącej produkcji. Określanie jakości wyrobu jest procesem który głównie opiera się zestawieniu wybranych parametrów tj. tolerancja wymiarowej stabilność wymiarów (SPC) wizualnych aspektów wyrobu oddanie kształtu (bez odkształceń i zapadów) tolerancja wagi detalu wytrzymałość na odkształcenia specyficznych właściwości w odniesieniu do założonych cech konstrukcji detalu. Kontrola jakości jest procesem stałym lub okresowym w czasie produkcji wyrobów technicznych. Nie jest to proces ani prosty ani też krótki. Wymaga zaangażowania całego sztabu ludzi dział jakości, centrum pomiarowego, laboratorium itp. Działania te mają na celu ograniczenie produkcji wadliwych wyrobów (zmniejszenie poziomu ppm czyli złych detali na milion) a idąc dalej zapewnia: obniżenie kosztów mniej błędów i opóźnień, lepsze wykorzystanie maszyn zwiększenie produktywności, lepsza oferta rynkowa efekt dobrej i utrzymanej jakości oraz obniżone koszty produkcji, zabezpieczenie pozycji firmy stabilne zatrudnienie i rozwój. 1

2 Rys.1 Gwarantem jakości wtryskiwanych wyrobów technicznych jest połączenie nadzorowania i kontrolowania procesu produkcyjnego oraz kontrola wyrobów gotowych. Praktyka i doświadczenie wskazuje jedna na brak właściwego zrozumienia iż oba te systemy uzupełniając się dają najlepszy efekt Rys.1 ANALIZA ISHIKAWY przedstawia czynniki które są niedostatecznie doceniane i rozwijanie w nowoczesnych wtryskowniach. Rys.2 ANALIZA PARETO przedstawia problemy związane na kontrolą i nadzorowaniem procesu wtryskiwania mające ścisły związek z utrzymaniem jakości produkcji poniżej ważniejsze z nich: kontrolowana temperatura formy przez sterownik wtryskarki zmiany parametrów przy kolejnych uruchomieniach wyłączona kontrola ciśnienia w punkcie przełączania na PH2 tolerancja czasu wtrysku ustawiona powyżej 30% wartości nominalnej (1%) tolerancja dla ciśnienia przełączania na PH2 ustawiona powyżej 30% wartości nominalnej (2%) robot do odbioru detali i sortowania złych wyrobów nie pracuje wyłączona kontrola czasu wtrysku wyłączona kontrola poduszki resztkowej materiału 2

3 Rys Kontrola procesu Kierunek kontrolowania procesu wspomagający utrzymanie jakości jest stale rozwijany przez producentów wtryskarek a wynikiem tego są coraz to bardziej rozbudowane aplikacje w sterownikach które pozwalają nadzorować do 20 parametrów przebiegającego procesu wtryskiwania detali. Podstawowym celem tego typu dodatków oprogramowania jest wsparcie w utrzymaniu jakości wyrobów i tak w przypadku oprogramowania Arburga -Selogica jest to program Kontroli Jakości, Engla CC100 jest to Micrograf Plus i Microplast. 3

4 Rys.2 Arburg Selogica Rys.3 Engel CC100 4

5 Należy tu oczywiście zaznaczyć iż jest kilka warunków które muszą być spełnione aby nadzorowanie procesu na podstawie dobranych parametrów było możliwe bez zakłóceń i oddawało rzeczywisty przebieg procesu i są to: nowsze sterowniki wtryskarek które udostępniają aplikacje kontroli i nadzorowania procesu (starsze wtryskarki pomimo dobrego utrzymania technicznego niestety nie posiadają tych narzędzi poza może nadzorowanie czasów cyklu czy wtrysku ale niestety bez prezentacji). poziom techniczny obsługi wtryskowi pozwalający na umiejętne wykorzystanie z możliwości nadzorowania procesu stan techniczny wtryskarki zachowanie powtarzalność parametrów pracy dzięki przeglądom i regularnym kalibracją wyposażenia, hydrauliki i urządzeń pomiarowych właściwy projekt detalu i konstrukcji formy każdy problem popełniony w projektowaniu i poprawiany w czasie produkcji odbija się problemami niestabilnego procesu = niestabilnej jakości archiwizacji danych procesu z powtarzalnością całego zestawu do każdego kolejnego uruchomienia Kolejnym krokiem jest dobranie właściwych parametrów których stabilność gwarantuje dobre cechy jakościowe wyrobu. Jest to oczywiście w dużej mierze zależne od geometrii detalu i dobranego materiał ale biorąc pod uwagę ustalony zakres roboczy (bezpieczne granice ustalone dla produkcji dobrej jakości) można stwierdzić iż poniższe parametry utrzymane w odpowiednim zakresie tolerancji gwarantują właściwy poziom jakościowy produkcji: temperatura formy temperatura masy wtryskiwanej poduszka resztkowa materiału ciśnienie max. wtrysku ciśnienie w punkcie przełączania czas wtrysku i cyklu Powtarzalność powyższych parametrów w dużym stopniu zapewnia stabilną jakościowo produkcję. Kolejnym krokiem jest ustalenie zakresu roboczego czyli granic w których powinien mieścić się dany parametr procesu aby zachować jakość produkowanych detali. Pierwszym sposobem jest ustalenie tych granic doświadczalnie podczas produkcji próbnej. Jest to jednak proces kosztowny i czasochłonny drugi sposób to wykorzystanie procentowych odchyleń dla parametrów wskazanych przez producentów wtryskarek lub materiałów, trzeci jest najbardziej precyzyjny i opierający się na rzeczywistych wartościach procesu to analiza SPC (Statistical Process Control). Ustalając poniższą procedurę uruchomienia procesu możemy na podstawie otrzymanych danych to jest średniej wartości danego parametru - x, odchylenia standardowego - s, i przy założeniach Rozkładu Normalnego ustalić zakres roboczy czyli Granice Kontrolne zabezpieczające jakość produkowanych detali. Start próbny Wprowadzenie procesu w stabilny zakres pracy dla dobrych jakościowo wyrobów Zapis wartości pracy dla kontrolowanych parametrów w celu analizy SPC Ustalenie granic kontrolne UCL i LCL wartość średnia 3s (odchylenie standardowe) 5

6 Określenie tolerancji parametru wtrysku Rys.4 Uruchomienie kontroli jakości Rys. 4 Najnowsze sterowniki i oprogramowania wtryskarek posiadają oprogramowanie pozwalające wyliczać niezbędne wartości do analizy SPC Rys. 10 Idealnym parametrem a raczej wskazaniem do kontroli procesu jest ciśnienie wewnątrz formy w czasie wtrysku. Pomiar wykonany czujnikiem umieszczonym wewnątrz formy - zapisanie krzywej optymalnej dla prawidłowo przebiegającego procesu, ustalenie tolerancji odchyłki, wartości szczytowej plus kontrola wartości całki pod wybranym odcinkiem krzywej i to daje nam gwarancję kontroli jakości produkcji detali. Powtarzalna krzywa ciśnienia gwarantuje powtarzalne cechy jakościowe wyrobu. Niestety formy z zainstalowanym czujnikiem pomiaru ciśnienia w czasie wtrysku jeszcze nadal nie są standardem. Alternatywą dla tego rozwiązania niestety nie tak dobrą ale najczęściej stosowaną jest pomiar ciśnienia hydraulicznego lub specyficznego wtrysku. Poniżej taki właśnie przykład ustalonej kontroli do optymalnej krzywej ciśnienia hydraulicznego. Rys. 5 Kontrola oparta na nadzorowaniu ciśnienia hydraulicznego Arburg Selogica Nałożone granice dla przebiegu krzywej optymalnej na wybranym odcinku Nadzorowanie wartości max ciśnienia w określonej drodze Rys. 6 Kontrola przez nadzorowanie wartości całki pod wykresem przebiegu krzywej na wybranym odcinku. Rys. 7 Kontrola oparta na nadzorowaniu ciśnienia hydraulicznego Engel CC100 Mikrograf Plus i Mikroplast Nałożone granice dla przebiegu krzywej optymalnej na wybranych odcinkach Nadzorowanie Liczby Płynięcia (liczba niemianowana wynikająca z zużycia energii w czasie wtrysku) wyliczana jest na określonej drodze przebiegu wtrysku 6

7 Rys. 5 Rys. 6 7

8 Rys Protokół produkcji Rys. 8 Protokół Produkcji - przedstawia dobrane parametry które będą prezentowane w celu dokumentowania produkcji, dla każdego wtrysku, w określonym cyklu (np. 10 na każde 100cykli) lub w tzw. trybie próbkowania. Rys. 9 Protokół Produkcji - przestawienie wartości przebiegu procesu dla wybranych parametrów ze wskazaniem wartości SPC tj. wartość minimalna, wartość maksymalna, średnia i odchylenie standardowe oraz tolerancji ustalającej Granice Kontrole (ULC i LLC). Rys.10 Zestawienie graficzne wartości przebiegu procesu dla wybranych parametrów z wyznaczeniem Granic Kontrolnych ustalonych dla każdego parametru. 8

9 Rys. 8 Rys. 9 9

10 Rys Separowanie złych detali Program kontroli od momentu uruchomienia każde wyjście któregokolwiek parametru poza granice tolerancji traktuje jako zły detal Rys.11 Od tego momentu następuje analiza błędu to znaczy w programie należy określić liczniki ile detali produkowanych w serii może być złych, ile detali złych może być w danej serii produkcyjnej. Przekroczenie licznika powoduje zatrzymanie procesu produkcji. Wyposażenie dodatkowe wtryskarki klapa sortująca lub robot w tym rozwiązaniu zabezpieczają dostanie się złych detali do dobrych wyrobów. Każda informacja o złym produkcie przez złącze Euromap sygnalizuje iż detale w tym cyklu są złe. Robot otrzymując ta informację wykonuje inną sekwencję ze zmianą miejsca odkładania złych detali. Klapa sortująca przełącza położenie separatora do odizolowania złych wyrobów do innego pojemnika. Po zatrzymaniu maszyny z powodu kontroli jakości uruchomienie odbywa się w bezpiecznym cyklu rozruchowym z separowaniem pierwszych wtrysków. 10

11 Rys Podsumowanie Postępujący rozwój projektów i szybkość wdrażania ich do produkcji wymagają stosowania odpowiednich narzędzi pozwalających utrzymać wysoką jakość wtryskiwanych wyrobów Producenci wtryskarek i oprogramowań rozwijają i implementują je do produkcji. Pracownicy nowoczesnych wtryskowi muszą być technicznie przygotowani i dokształcani aby móc wykorzystać narzędzia programowe i wyposażenie techniczne nowoczesnych wtryskarek i automatyki urządzeń peryferyjnych np. roboty Nowoczesna wtryskarka wyposażone w systemy pomiarów i czujników pozwalają diagnozować przyczyny problemów produkcyjnych które nie zawsze są oczywiste Postępowanie w przypadku sygnalizacji wykroczenia poza granice kontrolne najważniejsze jest zdiagnozowanie przyczyny bez zmiany parametrów Kontrola i nadzorowanie procesu wtryskiwania wspomaga utrzymać wysoką jakość produkcji detali technicznych W nowoczesnej wtryskowi niezbędne jest zdyscyplinowanie personelu i prowadzenie procesów zgodnie z dokumentacją, a w przypadku zmian jakościowych zmienny parametrów procesu wtryskiwania mogą być zmieniane na samym końcu. Praktyka wdrażania kontroli procesu wtryskiwania wskazuje iż jest to bardzo efektywne narzędzie wspierające pracę działu produkcji i kontroli jakości nowoczesnej wtryskowni. Jest to jednak proces wymagający pewnego poziomu kultury technicznej personelu jak również ciągłego dokształcania w kierunku właściwego wykorzystywania dostępnych narzędzi kontrolnych. 11

12 12