Linea di pulizia per alloggiamenti di batterie: ciclo di 85 secondi e 3 mg in cinque fasi

Panoramica

Un contenitore per batterie è una scatola in alluminio di grandi dimensioni e a pareti sottili, dotata di una flangia, un fondo, un insieme di inserti filettati e, in molti modelli, nervature interne di rinforzo e una piastra di raffreddamento fissata al fondo mediante incollaggio o saldatura. Viene pulito dopo la lavorazione meccanica e prima del montaggio; il criterio di accettazione è solitamente espresso come massa residua totale, nell’ordine di pochi milligrammi per pezzo.

La difficoltà della pulizia non riguarda la superficie visibile, bensì la superficie di accoppiamento della flangia, gli inserti filettati, gli angoli cavi tra le nervature e l’interfaccia tra la piastra di raffreddamento e il fondo. Si tratta delle zone in cui rimangono i trucioli dopo la lavorazione meccanica e in cui potrebbero verificarsi errori nei test di tenuta o nei processi di incollaggio.

Big Bird Industrial (in precedenza Shimada Big Bird Industrial) costruisce sistemi per la pulizia e la sbavatura di componenti del powertrain automobilistico dal 2001, e la linea a cinque stazioni descritta di seguito segue la configurazione impiegata nei programmi di produzione con un ciclo di 85 secondi e un limite di 3 mg.

1. Perché i contenitori delle batterie richiedono una linea diversa

Un contenitore di queste dimensioni presenta un’ampia superficie a bassa massa. È facile da irrorare, facile da allagare e difficile da asciugare. L’acqua si raccoglie nelle depressioni poco profonde tra le nervature e lungo il bordo di flangia, e un pezzo che esce dalla linea ancora umido non supererà un nuovo controllo di pulizia una volta che l’acqua sarà evaporata, lasciando dietro di sé i suoi residui disciolti.

Ampia superficie, bassa massa, elevata ritenzione idrica

Le pareti sottili in alluminio si riscaldano e si raffreddano rapidamente, il che significa che il pezzo può condensare umidità proveniente da un ambiente di produzione umido anche dopo l’asciugatura. La contromisura abituale consiste nel controllare la temperatura del pezzo all’uscita, non solo per rimuovere l’acqua alla fine del lavaggio.

Il Flangia e gli Inserimenti Stabiliscono il Requisito

La superficie della flangia ospita una guarnizione o un adesivo, mentre gli inserimenti filettati ricevono i dispositivi di fissaggio con una specifica di coppia. La contaminazione su una qualsiasi di queste superfici provoca una perdita o un difetto di coppia che si manifesta durante l’assemblaggio finale, lontano dalla stazione di pulizia; per questo il criterio di pulizia su un alloggiamento per batteria è definito per zona anziché come un singolo valore numerico.

2. La Sequenza in Cinque Fasi

La linea che raggiunge gli 85 secondi e i 3 mg non si basa su un’unica fase aggressiva. Ripartisce il lavoro su cinque fasi, ciascuna delle quali affronta uno specifico stato di contaminazione.

A Cosa Serve Ciascuna Fase

Il lavaggio a spruzzo rimuove la maggior parte dei trucioli e del liquido refrigerante da tutte le superfici contemporaneamente. La pulizia mirata robotizzata interviene quindi sulla flangia, sulle filettature degli inserti e negli angoli delle nervature, dove la copertura dello spruzzo è più debole. Il risciacquo elimina il detergente e le particelle fini ri-sospese mediante acqua filtrata separatamente. L’essiccazione con getto d’aria rimuove la maggior parte dell’acqua, in modo che la fase a vuoto non debba evaporarla. L’essiccazione a vuoto elimina l’acqua residua che il getto d’aria non ha raggiunto.

3. L’essiccazione è il collo di bottiglia

Su un alloggiamento di queste dimensioni, le fasi di lavaggio di solito non costituiscono il limite. Le operazioni di soffiatura e vuoto insieme consumano una quota sproporzionata del ciclo; qualsiasi tentativo di accorciarle si traduce in un fallimento dell’essiccazione, non in un fallimento della pulizia.

L’ordine delle operazioni nell’essiccazione è fondamentale

Eseguire la soffiatura prima del vuoto non è ridondante. L’aria rimuove la maggior parte dell’acqua a basso costo energetico; il vuoto interviene quindi sulla frazione residua che occupa geometrie non raggiungibili dall’aria. Invertire l’ordine obbliga la camera a vuoto a evaporare l’acqua libera, processo molto più lento rispetto all’evaporazione di un sottile strato.

Temperatura del pezzo all’uscita

Un pezzo che esce dalla macchina ancora caldo si raffredda sul nastro trasportatore e può condensare umidità dall’aria ambiente. Mantenere la temperatura all’uscita prossima a quella ambiente risolve il problema senza dover aggiungere una stazione di raffreddamento. Negli alloggiamenti con pareti sottili questa variabile è misurabile ed è da includere nei criteri di accettazione insieme all’essiccazione.

4. Manipolazione e copertura delle varianti

I contenitori delle batterie variano in lunghezza e nel disegno delle nervature all’interno di un programma veicolo, e una linea che gestisce un solo variant diventa un collo di bottiglia non appena il programma ne aggiunge un secondo. Il concetto di movimentazione è quindi altrettanto importante quanto il processo.

Movimentazione robotizzata contro trasferimento dedicato

Un robot può prelevare un contenitore, orientarlo per lo scarico e posizionarlo su una stazione senza richiedere un meccanismo dedicato per ogni variant. Questa flessibilità comporta un aumento del tempo ciclo per le operazioni di prelievo e posizionamento, motivo per cui la scelta del concetto di movimentazione dipende dal takt e non soltanto dal numero di variant.

Condivisione delle attrezzature di fissaggio

Laddove i contenitori differiscono soltanto per la lunghezza, una attrezzatura di fissaggio con supporti regolabili copre diversi variant con un unico set di utensili. Laddove invece il disegno delle nervature varia, l’attrezzatura di fissaggio richiede generalmente tamponi specifici per ogni variant, e il tempo di cambio diventa parte della specifica della linea.

5. Filtrazione per grandi volumi

Un’ampia vasca contiene un grande volume di liquido sulle sue superfici, e ogni litro che ritorna nel serbatoio trasporta con sé tutto ciò che ha raccolto. La filtrazione in questa categoria di linea è dimensionata in base al volume d’acqua trascinato dal pezzo, non soltanto in base alla portata della pompa.

Il circuito di risciacquo è normalmente separato da quello di lavaggio, poiché l’acqua di risciacquo opera con un carico di contaminanti molto più basso e il suo ricircolo attraverso il serbatoio di lavaggio ne vanifica la funzione. I filtri a sacco con spurgo automatico all’indietro e un elemento di riserva consentono la sostituzione senza fermare la linea, requisito indispensabile – e non semplice comodità – su un ciclo di 85 secondi.

6. Manipolazione di componenti con pareti sottili senza deformazioni

Un alloggiamento per batteria è rigido nel proprio piano e flessibile fuori da esso. Sollevarlo da due angoli deforma il fondo, e fissarlo mediante una flangia per contrastare tale deformazione può alterare proprio la superficie la cui planarità viene ispezionata in una fase successiva. Il concetto di manipolazione interagisce quindi con il requisito di qualità, e su alloggiamenti in alluminio di grandi dimensioni questo non è un problema teorico.

L’approccio consueto consiste nel supportare il componente su un telaio che ne riproduce i punti di fissaggio e nel sollevarlo attraverso tali punti anziché attraverso le pareti. Qualora il componente debba essere capovolto per lo svuotamento, l’asse di rotazione viene posizionato in modo che la forza di serraggio agisca sulla sezione più rigida. Una basetta progettata esclusivamente per il fissaggio, senza considerare il percorso effettivo del carico, produrrà componenti che presentano misure diverse nella basetta rispetto a quelle rilevate su una piastra di appoggio.

Tempo di svuotamento come parametro di progettazione

Le grandi superfici piane trattengono l’acqua sia sotto forma di film che in sacche. Inclinare il pezzo durante il trasferimento consente a tale film di scorrere via prima della fase di soffiaggio, riducendo così il carico sull’attrezzatura di asciugatura. In un ciclo di 85 secondi, 10 secondi di trasferimento inclinato possono valere più di un soffiatore di maggiori dimensioni, poiché rimuovono l’acqua per gravità senza alcun costo energetico.

Lo stesso principio si applica al trasferimento tra risciacquo e soffiaggio. Un pezzo che viaggia in posizione orizzontale mantiene il suo film; un pezzo che viaggia con inclinazione lo perde. La disposizione del sistema di movimentazione, non l’hardware di asciugatura, è spesso il modo più economico per accorciare la fase di asciugatura su un grande alloggiamento, e tale scelta viene presa già nella fase di progettazione, non in quella di messa in servizio. Dove lo spazio a terra lo consente, una breve sezione di trasportatore inclinata costa meno della corrispondente capacità di soffiaggio.

Domande frequenti

Perché un alloggiamento per batteria richiede cinque stadi?

Perché ogni fase affronta uno stato diverso di contaminazione: trucioli in bulk, caratteristiche inaccessibili, residui di detergente, acqua in bulk e acqua intrappolata. Combinare le fasi è possibile, ma di solito comporta un aumento del tempo di ciclo, poiché una singola fase deve essere più delicata rispetto alla fase che sostituisce.

Il soffiaggio da solo può raggiungere il requisito di asciugatura?

Raramente su un alloggiamento scanalato. L’aria segue lo stesso percorso dell’acqua e la spinge nelle cavità anziché espellerla da esse. Per geometrie che l’aria non riesce a spazzolare sono necessari vuoto o modifiche di orientamento.

Come viene verificata la soglia di 3 mg su un componente di queste dimensioni?

Prelevando campioni da regioni definite anziché dall’intero componente, utilizzando il metodo di estrazione indicato nella specifica. La flangia, gli inserti e gli angoli delle scanalature vengono campionati separatamente perché i loro limiti individuali differiscono.

La linea richiede un test di tenuta separato?

Di norma provvede una piastra di raffreddamento o un alloggiamento stagnato, e il test di tenuta viene normalmente eseguito dopo l’essiccazione, in modo che l’acqua residua non mascheri una perdita né contamini la postazione di prova. La pulizia e il test di tenuta sono processi distinti, ma condividono lo stesso concetto gestionale.

Conclusione

Il ciclo di 85 secondi e il limite di 3 mg non sono in contrasto tra loro, poiché la linea impiega il proprio tempo esattamente dove il requisito è effettivamente applicabile: sulle flange, sugli inserti, negli angoli delle nervature e sull’acqua che vi ristagna. Una linea più breve, che ometta la fase di risciacquo o quella a vuoto, non fallirà nello stesso punto.

Nella specifica di questa categoria di attrezzature, i parametri utili da fornire sono i limiti di pulizia per regione, il metodo di essiccazione, l’elenco delle varianti e il takt. Con questi quattro dati, il numero di stazioni e l’allocazione delle fasi ne derivano in modo consequenziale, rendendo il preventivo confrontabile con quello di un altro fornitore.