Lavatrici rotanti a singola stazione: il caso dei pezzi sotto i 300 kg

Panoramica

Una lavatrice rotatoria a stazione singola è la macchina meno appariscente in un reparto di pulizia e quella che si incontra più spesso negli impianti che producono molti codici pezzo a volumi moderati. Il pezzo entra, il dispositivo di fissaggio ruota, gli ugelli fissati intorno alla camera lo lavano da diverse direzioni e il pezzo esce. L’intero processo avviene in un’unica posizione.

Il suo vantaggio non è la velocità. Una linea a più stazioni supererà sempre la sua produttività per un singolo pezzo ad alto volume. Il suo vantaggio consiste nel fatto che una sola macchina può servire un’ampia gamma di pezzi con una semplice sostituzione del dispositivo di fissaggio e una modifica del programma, occupando un’area che si inserisce in un reparto anziché in un capannone.

Big Bird Industrial (in precedenza Shimada Big Bird Industrial) costruisce sistemi per la pulizia e la sbavatura di componenti del powertrain automobilistico dal 2001; le macchine monostazione di questa gamma sono progettate esattamente per questo scopo: famiglie miste di pezzi, volumi moderati e requisiti di pulizia realistici, ma non estremi.

1. Che cosa è effettivamente una stazione singola

La caratteristica distintiva è che tutte le fasi del processo avvengono in un’unica posizione, in sequenza, senza che il pezzo lasci il dispositivo di fissaggio.

Un unico dispositivo di fissaggio, diverse fasi

Lavaggio, risciacquo, soffiatura ed essiccazione avvengono nella stessa camera, con il pezzo bloccato una sola volta. Ciò riduce la manipolazione a un unico caricamento e a un unico scaricamento, da cui deriva gran parte del risparmio di manodopera; inoltre, elimina l’errore di ricollocazione che si verifica quando un pezzo viene spostato tra stazioni diverse.

Rotazione invece di movimento dell’ugello

L'attrezzatura ruota il pezzo all'interno di un anello di ugelli fissi, anziché muovere gli ugelli attorno a un pezzo fermo. Questa configurazione è meccanicamente semplice: un solo motore, un solo insieme di ugelli e nessun robot. È anche il motivo per cui la macchina è conveniente anche in volumi ridotti, poiché il movimento è rotatorio e la copertura deriva dalla geometria dell'anello.

2. Cosa consente la rotazione

La rotazione non è soltanto un modo per esporre le superfici. Modifica il comportamento del liquido sul pezzo, ed è quindi utilizzata sia nel lavaggio che nell'essiccazione.

Copertura derivante dalla geometria

Un pezzo che ruota all'interno di un anello di ugelli presenta l'intera circonferenza alle stesse getti in una singola rotazione. Gli ugelli possono essere inclinati in modo da colpire facce, fori e cavità in punti diversi della rotazione, il che significa che l'anello può essere ottimizzato per una famiglia di pezzi, anziché per un singolo pezzo.

Drenaggio e rimozione centrifuga

Una parte rotante allontana l'acqua dalle superfici che la tratterrebbero se fosse ferma, e una rotazione ad alta velocità alla fine del ciclo espelle il liquido invece di attendere che goccioli. È per questo che le macchine rotanti asciugano meglio di quanto suggerirebbe la loro pressione d'aria.

3. La fascia di quantità in cui risulta vantaggiosa

La macchina risulta vantaggiosa quando il volume per codice articolo è troppo basso per giustificare una linea e troppo alto per giustificare la pulizia manuale.

Produzione sperimentale e a basso volume

I componenti per prove di trasmissione, i lotti pre-serie e le varianti a basso volume rientrano tutti nella stessa categoria: si tratta di componenti reali, il requisito di pulizia è reale e il volume annuo non consente l’ammortamento di una linea. Una macchina a singola stazione progettata per una famiglia di tali componenti copre tutti gli articoli con un’attrezzatura e un programma specifici per ciascuno.

Dove un ciclo da due a dieci minuti è accettabile

Una macchina rotante a singola stazione che esegue diverse fasi in sequenza produce un ciclo misurato in minuti anziché in secondi. Ciò è accettabile quando il volume è di alcune centinaia di pezzi alla settimana, ma inaccettabile quando è di alcune centinaia di pezzi all’ora. Il limite è di natura aritmetica e va calcolato prima di definire la disposizione degli impianti.

4. Dove smette di essere la risposta corretta

Oltre un certo volume, la struttura sequenziale diventa il collo di bottiglia, poiché ogni fase deve attendere il completamento della precedente. Una linea che esegue lavaggio e asciugatura in stazioni parallele su parti diverse produce un pezzo per tempo di ciclo; una singola stazione produce un pezzo per somma dei tempi di ciclo.

L’altro limite è la massa del pezzo. La rotazione richiede una staffa in grado di tenere fermo il pezzo e un motore in grado di farlo ruotare. Oltre qualche centinaio di chilogrammi, le dimensioni del motore, del sistema di serraggio e dei requisiti di sicurezza crescono più velocemente del vantaggio in termini di produttività, e la movimentazione passa a gru e carrelli su macchine di dimensioni maggiori.

5. Utensili e cambio attrezzaggio

Su una macchina che serve una famiglia di componenti, l'attrezzatura rappresenta la flessibilità. Un dispositivo di fissaggio che si posiziona su una caratteristica comune a tutta la famiglia, con supporti regolabili per le differenze, richiede pochi minuti per il cambio; un dispositivo progettato per un singolo componente richiede invece ore.

Il programma gestisce il resto: velocità di rotazione, tempi di ciascuna fase, ugelli attivi e velocità di rotazione finale nella fase di asciugatura. Su una macchina rotante queste quattro impostazioni coprono gran parte dell'adattamento, motivo per cui il tempo di cambio su un'unità ben progettata è breve, anche se la macchina non dispone di alcun robot da riprogrammare.

6. Specificare un singolo modello

Una specifica per una lavatrice rotante a stazione singola deve indicare l'ingombro della famiglia di componenti in lunghezza, diametro e massa; le fasi e i relativi tempi; le velocità di rotazione e di centrifugazione; il limite di pulizia e il criterio di asciugatura; nonché il tempo di cambio tra due componenti specificati.

I due dati più spesso omessi sono la velocità di rotazione alla fine del ciclo di asciugatura e il tempo di passaggio da un ciclo all’altro. Il primo determina se il criterio di asciugatura è raggiungibile in assoluto, mentre il secondo determina se la macchina soddisfa effettivamente le esigenze della famiglia per la quale è stata acquistata. Un terzo dato utile da includere è il tempo necessario per raggiungere la temperatura operativa partendo da freddo, poiché su una macchina utilizzata in modo intermittente tale valore stabilisce quanta parte del turno risulta effettivamente produttiva.

7. Energia, acqua e capacità della vasca

Una macchina a stazione singola ha una vasca di piccole dimensioni, e questo unico fatto influenza gran parte del suo comportamento operativo in entrambe le direzioni.

Perché una vasca di piccole dimensioni rappresenta un vantaggio

Un volume ridotto si riscalda rapidamente, il che significa che la macchina è pronta poco dopo l’avvio, anziché dopo un’ora. Ciò significa inoltre che il cambio della soluzione comporta un basso consumo di prodotti chimici e un breve fermo macchina, quindi la vasca può essere rinnovata a intervalli brevi invece di essere sfruttata al massimo. Su lavorazioni a basso volume questo è un vero vantaggio, perché una vasca lasciata ferma per giorni comunque subisce un degrado.

Perché È Anche un Limite

Un serbatoio piccolo ha scarsa capacità tampone contro la contaminazione. Un lotto di parti fortemente oleose può saturarlo già in un solo turno, e la macchina non dispone di riserva per diluire il carico. La conseguenza pratica è che filtrazione e separazione dell’olio assumono un’importanza proporzionalmente maggiore su una macchina piccola rispetto a una grande, e trascurarle è la causa più comune di prestazioni insufficienti di una lavatrice monostazione.

Lo stesso vale per la fase di risciacquo. Su una macchina piccola anche il serbatoio di risciacquo è piccolo, e se viene alimentato dal serbatoio di lavaggio anziché da un’alimentazione separata raggiunge il livello di contaminazione del serbatoio di lavaggio entro pochi cicli. Un circuito di risciacquo separato con propria filtrazione non è un lusso su questa categoria di apparecchiature; è la differenza tra risciacquare effettivamente la parte e ri-bagnarla invece con liquido sporco.

L’apertura della porta è un altro fattore energetico. Ogni carico rilascia calore e vapore nella stanza, e una macchina ciclata molte volte all’ora perde più energia attraverso la porta che attraverso le pareti. Questo è uno dei motivi per cui una macchina a stazione singola si adatta meglio a cicli moderati piuttosto che ad alti numeri di cicli: oltre una certa frequenza, le perdite attraverso l’apertura diventano il termine dominante. L’estrazione dal punto di apertura della porta, anziché dal soffitto della camera, cattura tale vapore nel punto in cui viene rilasciato e mantiene l’ambiente più asciutto.

Domande frequenti

Una macchina a stazione singola può raggiungere il limite di 2 mg?

Su un componente privo di passaggi chiusi, talvolta sì. Su un componente con giacca d’acqua o canale dell’olio, lo stadio determinante è la sigillatura con tappo o il lavaggio inserito, funzionalità che una semplice macchina rotante non possiede.

La rotazione è migliore rispetto a un componente fisso con ugelli mobili?

È più economica e meccanicamente più semplice. Gli ugelli mobili raggiungono caratteristiche che un anello non può raggiungere, motivo per cui le gallerie ad alta pressione utilizzano lance invece di un supporto rotante.

Quanti pezzi all’ora è in grado di produrre?

Dipende interamente dalla somma dei tempi di ciascuna fase. Una sequenza di cinque minuti produce al massimo dodici pezzi all’ora; una sequenza di due minuti ne produce trenta. Tale valore va indicato insieme alla sequenza, non in modo isolato.

Richiede un robot per il caricamento?

Non necessariamente. Molti sistemi vengono caricati manualmente perché il pezzo è leggero e il volume è modesto; inoltre, il caricamento manuale risulta spesso più rapido del robot quando la presentazione dei pezzi è irregolare.

Conclusione

Una lavatrice rotante a stazione singola è la scelta corretta quando la famiglia di pezzi è ampia, il volume per singolo pezzo è modesto e l’ingombro disponibile è limitato. La rotazione garantisce copertura e drenaggio con un solo motore, anziché ricorrere a un robot.

Cessa di essere la soluzione adeguata quando la somma dei tempi di fase non consente di rispettare il takt oppure quando la massa del pezzo supera la capacità del dispositivo di fissaggio. Entrambi i limiti sono calcolabili in anticipo: proprio per questo vanno specificati nel capitolato.