Máy rửa xoay một trạm: Trường hợp khối lượng dưới 300 kg

Tổng Quan

Máy rửa quay một trạm là loại máy ít ấn tượng nhất trong bộ phận làm sạch và cũng là loại máy xuất hiện phổ biến nhất tại các nhà máy sản xuất nhiều mã chi tiết với khối lượng vừa phải. Chi tiết được đưa vào, đồ gá quay, các vòi phun cố định xung quanh buồng phun nước từ nhiều hướng để làm sạch chi tiết, sau đó chi tiết được lấy ra. Toàn bộ quá trình diễn ra tại một vị trí duy nhất.

Ưu điểm của nó không nằm ở tốc độ. Một dây chuyền nhiều trạm luôn đạt năng suất cao hơn đối với một chi tiết có khối lượng lớn. Ưu điểm của nó là một máy có thể phục vụ nhiều loại chi tiết khác nhau chỉ bằng cách thay đổi đồ gá và chương trình vận hành, đồng thời chiếm diện tích nhỏ đủ để đặt trong một ô (bay) thay vì cả một hội trường.

Big Bird Industrial (trước đây là Shimada Big Bird Industrial) đã chế tạo các hệ thống làm sạch và loại bỏ ba via cho các bộ phận truyền động ô tô kể từ năm 2001, và các máy trạm đơn trong dòng sản phẩm này được sử dụng đúng cho nhiệm vụ này: xử lý nhiều nhóm chi tiết khác nhau, khối lượng vừa phải, và yêu cầu độ sạch thực tế nhưng không quá khắt khe.

1. Trạm đơn thực chất là gì

Đặc điểm nổi bật là tất cả các giai đoạn quy trình đều diễn ra tại một vị trí duy nhất, theo trình tự, mà chi tiết không rời khỏi đồ gá.

Một đồ gá, nhiều giai đoạn

Quá trình rửa, xả, thổi khô và sấy khô đều diễn ra trong cùng một buồng, với chi tiết được kẹp cố định một lần. Điều này giúp giảm thao tác xử lý xuống chỉ còn một lần tải và một lần dỡ, từ đó tiết kiệm đáng kể lao động; đồng thời loại bỏ sai số do tái định vị khi chi tiết phải di chuyển giữa các trạm.

Quay thay vì di chuyển vòi phun

Bộ kẹp xoay chi tiết thông qua một vòng các vòi phun cố định thay vì di chuyển các vòi phun xung quanh một chi tiết đứng yên. Cấu trúc này đơn giản về mặt cơ khí: chỉ một động cơ dẫn động, một bộ vòi phun và không cần robot. Đây cũng là lý do máy có giá thành phải chăng ngay cả ở khối lượng sản xuất thấp, bởi vì chuyển động là chuyển động quay và khả năng phủ đều đạt được nhờ hình học của vòng vòi phun.

2. Những lợi ích mà chuyển động quay mang lại

Chuyển động quay không chỉ là cách để đưa các bề mặt vào vị trí tiếp xúc. Nó còn làm thay đổi cách chất lỏng tương tác với chi tiết — đó là lý do vì sao chuyển động quay xuất hiện cả trong quá trình sấy lẫn trong quá trình rửa.

Khả năng phủ đều nhờ hình học

Một chi tiết quay bên trong vòng vòi phun sẽ lần lượt đưa toàn bộ chu vi của nó tiếp xúc với cùng một chùm tia phun trong một vòng quay hoàn chỉnh. Các vòi phun có thể được đặt nghiêng để phun vào các mặt phẳng, lỗ khoét và khoang rỗng tại những thời điểm khác nhau trong quá trình quay, nghĩa là vòng vòi phun có thể được điều chỉnh phù hợp với cả một nhóm chi tiết chứ không chỉ riêng một chi tiết cụ thể.

Thoát nước và tách chất lỏng nhờ lực ly tâm

Một bộ phận quay làm bay hơi nước khỏi các bề mặt vốn sẽ giữ nước khi đứng yên, và việc quay tốc độ cao ở cuối chu kỳ sẽ văng chất lỏng ra ngoài thay vì để nó nhỏ giọt từ từ. Đó là lý do vì sao các máy quay làm khô hiệu quả hơn so với áp suất khí nén của chúng.

3. Phạm vi lô sản xuất mà thiết bị này chiếm ưu thế

Thiết bị này chiếm ưu thế ở những nơi khối lượng sản xuất cho mỗi mã chi tiết quá thấp để biện minh cho việc đầu tư một dây chuyền, nhưng lại quá cao để thực hiện làm sạch thủ công.

Sản xuất thử nghiệm và sản xuất số lượng thấp

Các chi tiết thử nghiệm hộp số, các lô sản xuất tiền sản xuất và các biến thể sản xuất số lượng thấp đều thuộc cùng một nhóm: các chi tiết là thật, yêu cầu về độ sạch là thật, và khối lượng hàng năm không đủ để khấu hao chi phí đầu tư một dây chuyền. Một thiết bị đơn trạm được thiết kế cho một nhóm các chi tiết như vậy có thể xử lý tất cả chúng bằng một đồ gá và một chương trình riêng cho từng chi tiết.

Ở những nơi chu kỳ hai đến mười phút là chấp nhận được

Một máy đơn trạm quay, thực hiện nhiều công đoạn theo trình tự, tạo ra một chu kỳ được đo bằng phút thay vì giây. Điều này chấp nhận được khi khối lượng sản xuất chỉ vài trăm chi tiết mỗi tuần, nhưng không chấp nhận được khi khối lượng đạt vài trăm chi tiết mỗi giờ. Ranh giới này mang tính toán học và cần được tính toán trước khi bố trí mặt bằng.

4. Khi nào nó ngừng là câu trả lời đúng

Vượt quá một khối lượng nhất định, cấu trúc tuần tự trở thành điểm nghẽn, bởi vì mỗi công đoạn phải chờ công đoạn trước hoàn tất. Một dây chuyền vận hành công đoạn rửa và sấy song song tại các trạm riêng biệt trên các chi tiết khác nhau sẽ sản xuất được một chi tiết mỗi chu kỳ; trong khi một trạm đơn chỉ sản xuất được một chi tiết mỗi tổng thời gian chu kỳ.

Giới hạn khác là khối lượng chi tiết. Việc quay đòi hỏi một đồ gá có khả năng giữ chi tiết và một bộ truyền động có thể xoay nó. Vượt quá vài trăm kilôgam, yêu cầu về bộ truyền động, cơ cấu kẹp và an toàn tăng nhanh hơn lợi ích về năng suất, do đó việc xử lý chuyển sang dùng cần cẩu và xe đẩy trên những máy lớn hơn.

5. Khuôn mẫu và thay đổi khuôn

Trên một máy phục vụ một họ chi tiết, dụng cụ là yếu tố linh hoạt. Một đồ gá định vị trên một đặc điểm chung của cả họ chi tiết, với các điểm tựa điều chỉnh được để thích nghi với sự khác biệt giữa các chi tiết, chỉ mất vài phút để chuyển đổi; trong khi một đồ gá được thiết kế riêng cho một chi tiết cụ thể có thể mất hàng giờ để chuyển đổi.

Chương trình điều khiển phần còn lại: tốc độ quay, thời gian từng giai đoạn, vòi phun nào hoạt động và tốc độ quay cuối cùng trong quá trình sấy khô. Trên một máy quay, bốn thông số này thực hiện phần lớn việc thích nghi, vì vậy thời gian chuyển đổi trên một đơn vị được thiết kế tốt rất ngắn, ngay cả khi máy không có robot để lập trình lại.

6. Xác định một thông số duy nhất

Một đặc tả cho máy rửa quay một trạm cần nêu rõ giới hạn bao ngoài của họ chi tiết về chiều dài, đường kính và khối lượng; các giai đoạn và thời gian tương ứng; tốc độ quay và tốc độ quay cuối cùng; giới hạn độ sạch và tiêu chí làm khô; cũng như thời gian chuyển đổi giữa hai chi tiết cụ thể được nêu tên.

Hai thông số thường bị bỏ qua nhất là tốc độ quay cuối chu kỳ sấy và thời gian chuyển đổi. Thông số đầu tiên xác định xem tiêu chí khô có thể đạt được hay không, còn thông số thứ hai xác định xem máy có thực sự phục vụ đúng gia đình mà nó được mua cho hay không. Một thông số thứ ba đáng bổ sung là thời gian để đạt nhiệt độ làm việc từ trạng thái nguội, bởi vì đối với máy vận hành ngắt quãng, giá trị này quy định phần nào của ca làm việc là có hiệu suất thực sự.

7. Năng lượng, nước và kích thước bể ngâm

Máy một trạm có bể chứa nhỏ, và chính đặc điểm duy nhất này chi phối hầu hết hành vi vận hành của nó theo cả hai hướng.

Tại sao bể chứa nhỏ lại là ưu điểm

Thể tích nhỏ giúp làm nóng nhanh, nghĩa là máy sẵn sàng hoạt động chỉ sau một khoảng thời gian ngắn kể từ lúc khởi động thay vì phải chờ tới một giờ. Điều này cũng đồng nghĩa với việc thay dung dịch trong bể tốn ít hóa chất và ít thời gian ngừng hoạt động, do đó bể có thể được làm mới thường xuyên thay vì kéo dài chu kỳ sử dụng. Đối với công việc có khối lượng thấp thì đây thực sự là lợi ích, bởi vì một bể để không trong nhiều ngày dù sao cũng sẽ bị suy giảm chất lượng.

Tại Sao Đây Cũng Là Một Hạn Chế

Một bể chứa nhỏ có khả năng đệm chống nhiễm bẩn rất thấp. Một mẻ chi tiết nhiều dầu có thể làm bể này quá tải chỉ trong một ca làm việc, và máy không còn dự trữ nào để pha loãng lượng nhiễm bẩn. Hệ quả thực tế là việc lọc và tách dầu trở nên quan trọng hơn tương ứng trên máy nhỏ so với máy lớn, và việc cắt giảm chi phí cho các hệ thống này là nguyên nhân phổ biến nhất khiến máy rửa một trạm hoạt động kém hiệu quả.

Điều này cũng đúng với giai đoạn xả nước. Trên máy nhỏ, bể xả nước cũng nhỏ theo, và nếu bể này được cấp nước từ bể rửa thay vì từ nguồn cung cấp riêng thì mức độ nhiễm bẩn của nó sẽ đạt ngang bằng mức nhiễm bẩn của bể rửa chỉ sau vài chu kỳ. Một mạch xả nước riêng biệt kèm hệ thống lọc độc lập không phải là yếu tố xa xỉ đối với loại thiết bị này; mà chính là ranh giới giữa việc xả sạch và việc làm ướt lại chi tiết bằng chất lỏng bẩn.

Việc mở cửa là yếu tố tiêu tốn năng lượng khác. Mỗi lần nạp tải giải phóng nhiệt và hơi ẩm vào phòng, và một máy vận hành nhiều chu kỳ mỗi giờ sẽ thất thoát nhiều năng lượng qua cửa hơn là qua tường. Đó là một lý do khiến máy đơn trạm phù hợp với số chu kỳ trung bình chứ không phải số chu kỳ cao: khi tần suất vượt quá một ngưỡng nhất định, tổn thất qua cửa trở thành thành phần chiếm ưu thế. Việc hút hơi ẩm từ cửa mở — thay vì từ trần buồng — giúp thu giữ hơi ẩm ngay tại vị trí nó được giải phóng và giữ cho phòng khô hơn.

Các câu hỏi thường gặp

Máy đơn trạm có thể đạt giới hạn 2 mg hay không?

Đối với chi tiết không có đường dẫn kín, đôi khi có thể. Đối với chi tiết có áo nước hoặc khoang dầu, giai đoạn then chốt là bịt kín bằng nút hoặc xả rửa bằng đầu cắm, mà một máy quay đơn giản lại không có khả năng thực hiện.

Quay có tốt hơn cố định chi tiết với vòi phun chuyển động hay không?

Phương pháp quay rẻ hơn và đơn giản hơn về mặt cơ khí. Các vòi phun chuyển động tiếp cận được các đặc điểm mà vòng phun không thể chạm tới — đó là lý do vì sao các khoang áp suất cao sử dụng vòi dạng cây lao thay vì giá đỡ quay.

Mỗi giờ máy có thể sản xuất bao nhiêu chi tiết?

Điều này hoàn toàn phụ thuộc vào tổng thời gian các công đoạn. Một chuỗi thao tác năm phút cho tối đa mười hai chi tiết mỗi giờ; một chuỗi hai phút cho ba mươi chi tiết. Con số này cần được nêu cùng với chuỗi thao tác, chứ không được nêu riêng lẻ.

Máy có cần robot để nạp phôi không?

Không nhất thiết. Nhiều máy được nạp phôi thủ công vì chi tiết nhẹ và sản lượng khiêm tốn; hơn nữa, nạp thủ công thường nhanh hơn robot khi phôi được trình bày không đều.

Kết luận

Máy rửa xoay một trạm là lựa chọn phù hợp khi họ chi tiết đa dạng, sản lượng mỗi loại chi tiết khiêm tốn và diện tích lắp đặt bị giới hạn. Cơ chế xoay đảm bảo độ phủ và thoát nước bằng một động cơ duy nhất thay vì dùng robot.

Máy không còn là lựa chọn phù hợp khi tổng thời gian các công đoạn không đáp ứng được nhịp sản xuất (takt time) hoặc khi khối lượng chi tiết vượt quá khả năng chịu tải của đồ gá. Cả hai giới hạn này đều có thể tính toán trước — đó chính là lý do cần ghi rõ chúng trong đặc tả kỹ thuật.