Вращающиеся мойки с одной станцией: случай изделий массой менее 300 кг

Обзор

Одностанционная вращающаяся моечная машина — самая неприметная машина в отделе очистки и наиболее часто встречающаяся в цехах, где обрабатываются много наименований деталей при умеренных объемах выпуска. Деталь загружается, приспособление вращается, а неподвижные форсунки, расположенные по периметру камеры, осуществляют ее очистку с нескольких направлений; затем деталь извлекается. Весь процесс происходит на одном месте.

Её преимущество — не скорость. Многостанционная линия всегда превзойдёт её по производительности при обработке одной детали в высоком объёме. Её преимущество заключается в том, что одна машина может обслуживать широкий спектр деталей: достаточно заменить приспособление и изменить программу. При этом занимаемая площадь соответствует размерам бокса, а не зала.

Компания Big Bird Industrial (ранее Shimada Big Bird Industrial) производит системы для очистки и заусенечной обработки компонентов трансмиссий автомобилей с 2001 года; одностанционные машины из этой линейки предназначены именно для таких задач: обработка смешанных групп деталей, умеренные объёмы и реальные, но не экстремальные требования к чистоте.

1. Что такое одностанционная машина

Ключевая особенность — все технологические этапы выполняются в одной позиции последовательно, без перемещения детали из зажимного приспособления.

Одно приспособление, несколько этапов

Очистка, ополаскивание, продувка и сушка происходят в одной камере при однократном закреплении детали. Это сводит манипуляции к одному циклу загрузки и одному циклу выгрузки — именно здесь достигается значительная экономия трудозатрат; кроме того, исключается ошибка повторного позиционирования, возникающая при перемещении детали между станциями.

Вращение вместо перемещения сопла

Крепёжное устройство поворачивает деталь вокруг кольца неподвижных сопел, а не перемещает сопла вокруг неподвижной детали. Такая конструкция механически проста: один привод, один комплект сопел и никакого робота. Именно поэтому стоимость станка остаётся доступной даже при небольших объёмах выпуска — движение чисто вращательное, а полнота охвата обеспечивается геометрией кольца.

2. Что даёт вращение

Вращение — это не просто способ последовательного представления поверхностей. Оно изменяет поведение жидкости на поверхности детали, поэтому вращение применяется как при мойке, так и при сушке.

Охват за счёт геометрии

Деталь, вращающаяся внутри кольца сопел, представляет всю свою окружность одним и тем же струям за один оборот. Сопла можно ориентировать под разными углами, чтобы струи попадали на плоские поверхности, отверстия и полости в разные моменты вращения. Это означает, что кольцо можно настроить под семейство деталей, а не под одну конкретную деталь.

Слив и центробежное удаление

Вращающаяся деталь удаляет воду с поверхностей, которые удерживали бы её в неподвижном состоянии, а высокоскоростное вращение в конце цикла выбрасывает жидкость, а не дожидается её стекания. Именно поэтому вращающиеся машины сушат лучше, чем можно было бы предположить по их давлению воздуха.

3. Диапазон партий, в котором данная установка оправдывает себя

Установка оправдывает себя там, где объём на артикул слишком мал для обоснования линии и слишком велик для ручной очистки.

Испытания и производство малыми сериями

Детали для испытаний трансмиссий, предсерийные сборки и варианты малыми сериями попадают в одну и ту же категорию: детали реальные, требования к чистоте реальные, а годовой объём не позволяет окупить линию. Одностанционная установка, спроектированная для семейства таких деталей, обслуживает их все — каждая деталь имеет собственное крепёжное приспособление и программу.

Там, где допустим цикл продолжительностью от двух до десяти минут

Вращающийся однопозиционный станок, выполняющий несколько операций последовательно, производит один цикл за минуты, а не за секунды. Такой темп допустим при выпуске нескольких сотен деталей в неделю, но недопустим при выпуске нескольких сотен деталей в час. Граница носит арифметический характер и должна быть рассчитана до составления компоновочной схемы.

4. Точка, где решение перестаёт быть верным

При превышении определённого объёма выпускной мощности последовательная структура становится узким местом, поскольку каждая операция ожидает завершения предыдущей. Линия, на которой операции мойки и сушки выполняются параллельно на разных позициях для разных деталей, выпускает одну деталь за время одного цикла; однопозиционный станок выпускает одну деталь за суммарное время всех циклов.

Другим ограничением является масса детали. Вращение требует приспособления для её фиксации и привода для поворота. При массе свыше нескольких сотен килограммов требования к приводу, зажимным устройствам и системам безопасности растут быстрее, чем прирост производительности, и транспортировка деталей переходит на краны и тележки в рамках более крупного оборудования.

5. Оснастка и смена настроек

На станке, обрабатывающем семейство деталей, приспособление обеспечивает гибкость. Приспособление, ориентирующееся по общей для всего семейства детали поверхности и оснащённое регулируемыми опорами для компенсации различий, переустанавливается за минуты; приспособление, спроектированное под одну конкретную деталь, требует часов на переустановку.

Программа задаёт остальные параметры: частоту вращения, продолжительность этапов, какие форсунки активны и скорость вращения в конце сушки. На вращающемся станке именно эти четыре параметра обеспечивают большую часть адаптации, поэтому время переналадки хорошо спроектированного станка невелико, даже если в нём отсутствует робот, требующий повторного программирования.

6. Указание одного

Техническое задание на одностанционную вращающуюся моечную машину должно включать габариты семейства деталей по длине, диаметру и массе; этапы мойки и их продолжительность; частоту вращения и скорость отжима; предельный уровень чистоты и критерий сушки; а также время переналадки между двумя конкретными деталями.

Два параметра, которые чаще всего опускают, — это скорость вращения барабана в конце цикла сушки и время переналадки. Первый определяет, достижим ли вообще критерий сухости, а второй — действительно ли машина обслуживает ту семью, для которой её приобрели. Третий полезный параметр — время выхода на рабочую температуру из холодного состояния, поскольку на машинах, используемых эпизодически, именно это значение определяет, какая часть смены приходится на продуктивную работу.

7. Энергопотребление, расход воды и объём ванны

У одностанционной машины небольшой объём ванны, и именно этот единственный факт определяет большинство её эксплуатационных характеристик в обоих направлениях.

Почему небольшой объём ванны является преимуществом

Небольшой объём быстро нагревается, поэтому машина готова к работе вскоре после запуска, а не спустя час. Это также означает, что замена ванны требует незначительных затрат на химию и простои, поэтому ванну можно обновлять через короткие интервалы вместо того, чтобы растягивать срок её службы. При работе с небольшими объёмами это настоящее преимущество, поскольку ванна, простаивающая несколько дней, всё равно деградирует.

Почему это также является ограничением

Небольшой бак обладает низкой способностью сглаживать загрязнение. Партия сильно загрязнённых маслом деталей может полностью перегрузить его в течение одной смены, и у станка не остаётся запаса для разбавления этой нагрузки. Практическим следствием является то, что фильтрация и отделение масла имеют пропорционально большее значение на малом станке по сравнению с большим, а их упрощение — самая распространённая причина недостаточной производительности однопозиционной моечной машины.

То же относится и к стадии ополаскивания. На малом станке бак для ополаскивания также невелик, и если он питается от моющего бака, а не от отдельного источника, то уже через несколько циклов достигает уровня загрязнённости моющего бака. Отдельный контур ополаскивания с собственной системой фильтрации не является роскошью для этого класса оборудования; он определяет разницу между настоящим ополаскиванием и повторным смачиванием детали грязной жидкостью.

Открытие дверцы — ещё один фактор, влияющий на энергопотребление. При каждой загрузке в помещение выделяется тепло и пар, а машина, совершающая множество циклов в час, теряет больше энергии через дверцу, чем через стенки. Именно поэтому одностанционная машина подходит скорее для умеренного, чем для высокого числа циклов: при превышении определённой частоты потери через дверное отверстие становятся доминирующим фактором. Удаление пара непосредственно из зоны открытия дверцы, а не с потолка камеры, позволяет захватить пар в месте его выделения и поддерживать более низкую влажность в помещении.

Часто задаваемые вопросы

Может ли одностанционная машина достичь предела в 2 мг?

Для детали без замкнутых каналов — иногда. Для детали с водяной рубашкой или масляным каналом решающим этапом является герметизация пробками или промывка с введением струи, которой простая вращающаяся машина не обладает.

Является ли вращение предпочтительнее фиксированного положения детали с подвижными насадками?

Вращение дешевле и механически проще. Подвижные насадки обеспечивают доступ к элементам конструкции, недоступным для кольцевой системы, поэтому в галереях высокого давления используются штанги, а не вращающиеся крепления.

Сколько деталей в час он может производить?

Это полностью зависит от суммы длительностей этапов. Последовательность из пяти минут обеспечивает максимум двенадцать деталей в час; последовательность из двух минут — тридцать. Эту цифру следует указывать вместе с последовательностью, а не отдельно.

Требуется ли робот для загрузки?

Не обязательно. Многие установки загружаются вручную, поскольку детали лёгкие, а объём невелик; при этом ручная загрузка зачастую быстрее роботизированной при нерегулярной подаче деталей.

Заключение

Одностанционная поворотная моечная машина — оптимальный выбор, когда семейство деталей разнообразно, объём на каждую деталь умеренный, а площадь установки ограничена. Поворот обеспечивает равномерное омывание и сток жидкости с помощью одного привода вместо робота.

Она перестаёт быть подходящим решением, когда сумма длительностей этапов не позволяет соблюсти такт-тайм или когда масса детали превышает допустимую нагрузку на крепёжное приспособление. Оба этих предела можно рассчитать заранее — именно поэтому их необходимо включать в техническое задание.