Controllo qualità delle lamelle del motore: SPC per la stampatura delle lamelle e le dimensioni delle pile

A laminazione a caldo può soddisfare tutti i parametri specificati e tuttavia produrre una pila di scarsa qualità.

Il foro si sposta dopo l'innesto. L'altezza della pila varia a seconda del lotto. Una delle corsie di nastri sviluppa bave più rapidamente dell'altra. La larghezza dei denti rimane entro i limiti di tolleranza, ma da ore si sta spostando.

L'ispezione finale riguarda un componente. Il controllo statistico di processo dovrebbe prendere in esame il processo che lo ha prodotto: bobina, alimentazione del nastro, matrice, laminazione singola, operazione di giunzione e pila finita.

Un piano SPC efficace collega queste fasi. Un piano di controllo di ampia portata non lo fa automaticamente. A volte si limita a generare solo un maggior numero di dati.

Quali dimensioni vanno controllate?

Gestisci quattro gruppi di caratteristiche:

• Materie prime: spessore della lamiera, stato del rivestimento e larghezza del nastro
• Geometria funzionale: foro o diametro esterno, larghezza del dente, apertura della scanalatura, posizione della scanalatura, passo, concentricità e eccentricità
• Indicatori dello stato di salute degli strumenti: altezza della sbavatura, profilo del bordo, andamento dell'avanzamento e dimensioni selezionate dipendenti dal punzone
• Risultati dello stack: altezza sotto un carico definito, parallelismo delle facce, eccentricità del foro o del diametro esterno, inclinazione e condizione di incastro

Una dimensione rientra nell'SPC di routine quando permette di prevedere il funzionamento del prodotto, evidenzia l'usura degli utensili, individua un problema relativo all'avanzamento o alla cavità, si accumula durante l'impilamento o comporta un costo elevato in caso di prodotti difettosi.

Perché delle buone laminazioni possono dare origine a uno stack difettoso

Lo spessore di una pila non è semplicemente dato dal prodotto tra lo spessore del foglio e il numero di strati.

H_stack = somma(t_i + c_i + b_i + e_i) - compression_set

Dove:

• t_i = spessore del foglio di base
• c_i = contributo effettivo del rivestimento
• b_i = contributo dovuto alla bava o al contatto con il bordo
• e_i = deformazione per unione o interconnessione
• compression_set = altezza rimossa dal carico specificato

Non si tratta di un'equazione di progettazione. È semplicemente un promemoria del fatto che uno spessore costante del foglio non garantisce un'altezza costante della pila.

La punzonatura modifica la zona del bordo di taglio attraverso deformazione, tensioni residue, frattura e formazione di bave. Le bave possono danneggiare l’isolamento o causare il contatto tra lamiere adiacenti quando la pila viene compressa. Pertanto, la bava è una variabile di processo, non solo un difetto estetico.

Lista di controllo SPC per la laminazione dei motori

Si tratta di un modello strutturale, non di un piano di controllo universale. Le pile incollate, interbloccate e saldate non accumulano le variazioni esattamente allo stesso modo.

Non copiare i numeri universali delle frese

“La bava deve essere sempre inferiore a 10 micrometri” sembra un consiglio utile. Potrebbe però non essere valido per il prodotto che avete davanti.

Il limite accettabile dipende dallo spessore della lamiera, dal tipo di materiale, dal rivestimento, dalla direzione della bava, dalla posizione del bordo, dalla compressione della pila, dal metodo di giunzione, dalla verifica elettrica, dai requisiti del cliente e dal metodo di misurazione.

Utilizzare due limiti nei casi in cui il rischio lo giustifichi:

1. Limite del prodotto: il disegno o il limite di accettazione convalidato.
2. Condizione di attivazione della manutenzione: un livello interno inferiore che avvia il controllo dell'utensile prima dello scarto.

Uno stabilimento potrebbe fissare la soglia di manutenzione tra 60% e 80% del limite del prodotto, dopo aver analizzato i propri dati sulla durata degli utensili. Si tratta di un esempio di politica aziendale, non di una norma di settore.

Utilizzare gli standard senza lasciare che sostituiscano l'ingegneria

La famiglia di norme ISO 22514 fornisce metodi per la capacità di processo, le prestazioni e la capacità del processo di misurazione. L'attuale edizione della norma ISO 22514-2 riguarda le caratteristiche continue; la norma ISO 22514-7 valuta se un processo di misurazione sia idoneo per un compito definito.

La serie di norme IEC 60404 riguarda i materiali in acciaio elettrico, le prove delle proprietà magnetiche, le qualità, le caratteristiche geometriche e i requisiti di ispezione. La norma IEC 60404-8-4, ad esempio, riguarda l’acciaio elettrico non orientato laminato a freddo e completamente lavorato in spessori nominali specificati. Essa non sostituisce il disegno di laminazione finito né le specifiche convalidate relative alla pila.

Le norme definiscono i metodi e la terminologia. Il disegno definisce i criteri di accettazione. Il piano di controllo definisce con quale anticipo intervenire.

Elaborare il piano di campionamento in base agli eventi di processo

Effettuare sempre un controllo dopo ogni operazione di configurazione dello stampo, manutenzione dello stampo, sostituzione della bobina, reinserimento del nastro, inceppamento della pressa, regolazione dell’alimentazione, regolazione dell’impilatore, modifica del giunto o revisione del programma di calibrazione. Ciascuna di queste operazioni può determinare un nuovo stato del processo.

Per lo stampaggio ad alto volume, un sottogruppo iniziale composto da tre a cinque laminazioni consecutive rappresenta spesso una scelta ragionevole. Assicurarsi che provengano tutte dallo stesso breve intervallo di tempo, dalla stessa linea, dalla stessa cavità e dalle stesse condizioni di processo. Evitare di formare un sottogruppo che comprenda l’inizio, la metà e la fine di un turno, poiché ciò introdurrebbe variazioni temporali all’interno di un unico intervallo.

Aggiungere controlli basati sul numero di cicli o sul tempo. Impostare l'intervallo in base alla cronologia della durata degli utensili, alla velocità di pressatura, alla tolleranza, al tasso di deriva precedente, al tempo di misurazione, al costo di contenimento e alla gravità della fuga. “Ogni due ore” potrebbe essere corretto. La cronologia dovrebbe spiegarne il motivo.

Tenere separati i campionamenti relativi ai pezzi e alle pile. I dati relativi ai pezzi rivelano il comportamento degli stampi e dell’alimentazione. I dati relativi alle pile rivelano l’accumulo, l’unione, la compressione e l’indicizzazione. Collegare entrambi per bobina, corsia, cavità, intervallo di colata, impilatore e lotto.

Scegli il grafico più adatto ai dati

Utilizza un Grafico Xbar-R quando è possibile misurare più valori consecutivi come sottogruppo. Spesso si applica alla larghezza dei denti, al diametro del foro, all’apertura della fessura, allo spessore e all’altezza ripetitiva della pila.

Utilizza un Grafico I-MR quando in ciascun intervallo è possibile ottenere un solo risultato, come nel caso del profilo della bava, dell'eccentricità dell'impilamento completo, della misurazione dell'inclinazione, della prova distruttiva o dell'impilamento a basso volume.

Utilizza un tabella degli attributi per conteggi o percentuali, quali interblocchi mancanti, danni al rivestimento o pile scartate.

Non raggruppare in un unico grafico linee di produzione, cavità, stampi o impilatori solo perché i componenti condividono lo stesso numero di disegno. Un grafico dovrebbe rappresentare un unico flusso di processo. Di norma.

Verificare innanzitutto il processo di misurazione

Il rumore di misura può essere scambiato per una variazione del processo.

Prima di raccogliere i dati di riferimento, definire lo schema di riferimento, il dispositivo di fissaggio, la forza, i punti di appoggio, le condizioni di temperatura, le regole relative ai bordi ottici, la direzione di tracciamento delle bave, la forza di compressione dello stack, il tempo di permanenza, il metodo di intervento dell'operatore e la risoluzione del calibro.

Un risultato relativo all'altezza dello stack senza un carico specificato è incompleto. Una lettura della bava senza una posizione fissa è difficile da confrontare. Un programma ottico con soglie di bordo variabili non costituisce un processo di misurazione stabile.

Formule di capacità in testo semplice

Calcolare la capacità solo dopo che il processo si è stabilizzato a sufficienza.

Cp = (USL - LSL) / (6 * sigma_within)

Cpk = min(
  (USL - media) / (3 * sigma_within),
  (media - LSL) / (3 * sigma_within)
)

Pp = (USL - LSL) / (6 * sigma_complessivo)

Ppk = min(
  (USL - media) / (3 * sigma_complessivo),
  (media - LSL) / (3 * sigma_complessivo)
)

USL e LSL sono i limiti specificati. sigma_within stima la variazione a breve termine. sigma_complessivo include la variazione nel periodo selezionato.

Esempio risolto: Larghezza del dente

Le figure riportate di seguito sono solo un esempio didattico.

Valore nominale = 5,000 mm
LSL = 4,960 mm
USL = 5,040 mm
Media = 5,014 mm
sigma_within = 0,006 mm

Cp = (5,040 - 4,960) / (6 * 0,006)
Cp = 2,22

Cpk superiore = (5,040 - 5,014) / (3 * 0,006) = 1,44
Cpk inferiore = (5,014 - 4,960) / (3 * 0,006) = 3,00

Cpk = min(1,44; 3,00)
Cpk = 1,44

Il valore Cp è elevato perché la dispersione è relativamente ridotta. Il valore Cpk è inferiore perché il processo è spostato verso il limite superiore. Prima di regolare lo stampo, controllare il grafico di controllo, la corsia, la cavità, la stabilità del calibro e gli eventi recenti relativi allo stampo.

Esempio: i dati combinati possono nascondere un problema

Si consideri una striscia a due corsie con larghezze medie ipotetiche dei denti:

La media combinata sembra perfetta. Nessuna delle due corsie si comporta in modo ideale.

Grafici distinti possono evidenziare condizioni diverse relative all’usura, all’allineamento o al gioco. Lo stesso fenomeno di mascheramento si verifica quando vengono raggruppati i dati provenienti da più cavità o impilatori.

Piano di intervento in caso di segnale fuori controllo

1. Contiene il materiale relativo all'ultimo controllo di qualità verificato.
2. Verificare il segnale utilizzando lo strumento di misura e il metodo definiti.
3. Identificare la bobina, la corsia, la cavità, l'intervallo di colata, la pressa, l'impilatore e il lotto.
4. Verificare le caratteristiche indicate nei link; confrontare, ad esempio, la bava con le dimensioni della scanalatura e il profilo del bordo.
5. Controllare la possibile causa: alimentazione, pilota, punzone, gioco dello stampo, estrattore, dispositivo di fissaggio, stazione di interblocco o impostazioni di giunzione.
6. Correggere la causa e verificare che i sottogruppi successivi siano conformi.
7. Smistare o classificare il materiale contenuto secondo una regola documentata.
8. Annotare la causa, l'azione intrapresa e il punto di riavvio verificato.

Non ricalcolare i limiti di controllo solo perché un punto ha superato un limite. Modificarli solo a seguito di un cambiamento effettivo e ben compreso del processo.

Cosa dovrebbero chiedere gli acquirenti a un fornitore di servizi di laminazione e stampa

Richiedi più di un valore Cpk:

• Dati relativi alla capacità con separazione per corsia e per cavità
• Dati del sistema di misurazione relativi ai controlli di alesaggio, denti, bave e impilamento
• Carico esatto in base all'altezza della pila, tempo di permanenza e metodo di fissaggio
• Mappe di burr e trigger per la manutenzione delle matrici
• Tracciabilità dalla bobina al lotto di laminazione fino alla pila
• Regole relative alle reazioni, al contenimento e alle modifiche di processo
• Prove del collegamento tra i record a livello di parte e quelli a livello di pila

Non basta avere un cruscotto ecologico. Ciò che conta è il processo che sta dietro a ogni cifra.

FAQ

Quali sono le dimensioni SPC più importanti per le lamierine dei motori?

Inizia con lo spessore della lamiera, il foro o il diametro esterno, la larghezza del dente, l’apertura e la posizione della fessura, l’eccentricità, l’altezza della bava, la planarità, la geometria dell’incastro, l’altezza dello stack, il parallelismo delle facce e l’inclinazione. Adatta l’elenco alle modalità di guasto del prodotto.

Ogni quota di disegno dovrebbe avere un grafico di controllo?

No. Alcune dimensioni richiedono solo l’approvazione della configurazione o una verifica periodica. Il controllo statistico di processo (SPC) di routine dovrebbe concentrarsi sulle caratteristiche funzionali, sugli indicatori di usura, sulle dimensioni ad alto rischio e sulle caratteristiche che si accumulano nella pila.

Esiste un limite universale per l'altezza delle frese?

No. Il limite approvato dovrebbe derivare dal disegno tecnico, dal sistema di rivestimento, dalla compressione dello stack, dalla validazione elettrica, dai requisiti del cliente e dal metodo di misurazione concordato.

Con quale frequenza occorre controllare l'altezza delle frese?

Effettuare il controllo dopo l'installazione e la manutenzione, quindi a intervalli determinati in base al numero di urti e al tasso di usura osservato. Misurare i punti fissi ad alto rischio, non il bordo più facile da raggiungere.

Perché l'altezza della pila può variare se lo spessore del foglio rimane costante?

Il rivestimento, le bave, l’ondulazione, i residui, la deformazione da interblocco, le condizioni di giunzione, il numero di pezzi, la risposta alla compressione, il carico di misura e il tempo di permanenza possono tutti influire.

Cos’è più importante, il CP o il Cpk?

Il Cp riflette la capacità potenziale in base alla dispersione. Il Cpk riflette anche la centratura. Nessuno dei due è affidabile senza un processo stabile e un metodo di misurazione adeguato.

Una buona laminazione SPC può garantire un buon nucleo del motore?

No. La pila finita deve ancora essere sottoposta a controlli relativi all'altezza, all'eccentricità, al parallelismo, all'inclinazione, all'assemblaggio, alle condizioni di isolamento e a prove di prestazione specifiche per il prodotto.

Una regola pratica

Controllare le dimensioni che determinano il funzionamento. Monitorare le misurazioni che indicano l'usura. Verificare il gruppo assemblato in condizioni prestabilite.

Mantenere i dati separati in base alla loro fonte effettiva: bobina, corsia, cavità, utensile, pressa e impilatore.

È così che SPC individua un processo in evoluzione prima che l'ispezione finale debba giustificare un lotto difettoso.

Richiedi una revisione della laminazione SPC

Per una valutazione efficace della producibilità o per un preventivo, si prega di fornire i disegni di laminazione e di impilamento, il tipo e lo spessore del materiale, il rivestimento, il volume annuale, il metodo di giunzione, il carico di misura dell’altezza dell’impilamento, i requisiti relativi a bave e planarità, i requisiti di allineamento, gli indici di capacità richiesti e le aspettative in materia di tracciabilità.

Un preventivo risulta più accurato quando il metodo di controllo viene definito insieme al pezzo, anziché essere aggiunto dopo l'avvio della produzione.