Applicazione della misurazione con sonda in-process nella lavorazione dei mozzi delle ruote automobilistiche

I. Profilo del cliente

Il cliente è un grande produttore di ruote in lega di alluminio in Cina, con quasi vent'anni di esperienza nella produzione. L'azienda si concentra sulle ruote per autovetture, veicoli commerciali e motociclette di alta gamma.

È un fornitore a lungo termine di diversi OEM in joint-venture, tra cui Volkswagen, Toyota e Honda. La produzione annuale è di circa quattro milioni di ruote, esportate in più di trenta Paesi. Nel mercato nazionale delle ruote di fascia medio-alta, l'azienda rimane tra i primi fornitori.

Poiché la maggior parte del loro business proviene da programmi OEM, il cliente segue rigorosi standard di qualità automobilistica. Per la lavorazione delle ruote, l'azienda pone una forte enfasi sulla precisione dimensionale, sulla coerenza dei lotti e sulla stabilità della produzione.

II. Il contesto

Negli ultimi anni, l'industria automobilistica si è orientata verso strutture più leggere, tolleranze più strette e standard di sicurezza più elevati. Di conseguenza, i produttori OEM richiedono un controllo molto più rigoroso delle dimensioni chiave delle ruote, come la concentricità, il runout assiale e il diametro del foro. Per alcuni modelli, le tolleranze sono state ridotte a ±0,05 mm.

Allo stesso tempo, la domanda del mercato è diventata più frammentata. I modelli di ruote vengono aggiornati più frequentemente e la produzione passa spesso da un tipo all'altro in cicli brevi. Il cliente deve mantenere la flessibilità, pur mantenendo la produzione complessiva a un livello elevato.

Con la modalità di produzione originale, due problemi sono diventati sempre più evidenti. In primo luogo, i pezzi grezzi di alluminio fusi per gravità presentavano ampie variazioni nella tolleranza di lavorazione, in genere tra 0,3 e 0,8 mm. Ciò era causato dall'usura dello stampo e da un raffreddamento non uniforme. L'allineamento manuale non poteva compensare queste variazioni in modo stabile.

In secondo luogo, l'ispezione dimensionale si basava principalmente sulle misure offline della CMM. Ogni pezzo doveva essere rimosso dalla macchina e portato in una sala di ispezione separata. Un singolo controllo richiedeva più di quindici minuti ed era limitato al solo campionamento. Non era possibile monitorare la qualità dell'intero lotto e spesso le deviazioni venivano scoperte troppo tardi.

Per colmare il divario tra la lavorazione e l'ispezione, il cliente ha deciso di introdurre la misurazione in-process e di costruire un sistema ad anello chiuso che collega la lavorazione, la misurazione e la compensazione.

III. Sfide chiave

1. Scarti elevati causati da un posizionamento impreciso

L'allineamento dei pezzi grezzi veniva effettuato manualmente con l'ausilio di comparatori. Il risultato dipendeva fortemente dall'esperienza dell'operatore. Ogni impostazione richiedeva circa cinque minuti, ma la precisione di posizionamento poteva raggiungere solo ±0,1 mm. Questo non era sufficiente a compensare le irregolarità di lavorazione degli sbozzi fusi.

In media, più di 300 pezzi grezzi al mese venivano scartati a causa di materiale insufficiente o dimensioni fuori tolleranza. Con un costo unitario del grezzo di 150 RMB, la perdita annuale superava i 540.000 RMB.

2. Ritardo nel feedback dell'ispezione offline

Solo il cinque per cento circa di ogni lotto veniva ispezionato. Ciò rendeva impossibile rilevare in tempo reale i cambiamenti causati dalla deriva termica del mandrino, dall'usura degli utensili o dalla deviazione del pezzo grezzo.

In un caso, il riscaldamento del mandrino ha causato errori di concentricità superiori a 0,1 mm in un lotto di oltre 1.000 mole. Il problema è stato scoperto solo dopo che tutti i pezzi erano stati completati. Le perdite dirette hanno superato i 150.000 RMB e i tempi di consegna all'OEM sono stati compromessi.

3. Scarsa coerenza durante le frequenti modifiche del modello

Il cliente cambia più di venti modelli di ruote ogni mese. Ogni cambiamento richiedeva una nuova impostazione e una regolazione dei parametri che richiedeva dalle due alle tre ore.

Poiché i diversi operatori regolavano le macchine in modo diverso, le dimensioni chiave variavano tra i lotti dello stesso modello. I tassi di reclamo degli OEM hanno raggiunto il 3%, creando una pressione sulla gestione della qualità.

IV. La soluzione

Qidu Metrologia ha collaborato con il cliente per sviluppare una soluzione basata sui suoi dieci centri di lavoro verticali VMC850. Il sistema combina la DOP40 tastatore cnc con software di misura dedicato.

L'obiettivo era quello di creare un processo in cui la misurazione viene effettuata direttamente sulla macchina e utilizzata immediatamente per la compensazione.

1. Compensazione del posizionamento del dispositivo

Dopo il serraggio del pezzo grezzo, il CNC avvia automaticamente il ciclo di tastatura. Il tastatore misura quattro punti uniformemente distribuiti all'interno del foro centrale. Vengono quindi misurati cinque punti di riferimento sulla superficie di montaggio per valutare la planarità e la deviazione in altezza.

Il software calcola la posizione reale del pezzo e la confronta con le coordinate programmate. I valori di compensazione per gli assi X, Y e Z vengono generati e inviati direttamente al controllo CNC.

Con questo metodo, l'accuratezza del posizionamento viene mantenuta entro ±0,02 mm, senza regolazione manuale.

2. Monitoraggio delle dimensioni in corso d'opera

Per i modelli di ruote di alto valore, viene eseguito un ulteriore controllo tra la lavorazione grezza e la finitura. La sonda cnc misura dimensioni critiche come il diametro del foro e l'altezza del gradino.

Se un valore supera la tolleranza preimpostata di ±0,03 mm, il sistema arresta il processo ed emette un allarme. La compensazione dell'usura degli utensili viene suggerita prima di continuare la lavorazione, evitando grandi lotti di pezzi difettosi.

3. Rapido passaggio da un modello all'altro

Un database di modelli memorizza i punti di tastatura, le regole di compensazione e i limiti di tolleranza per ogni tipo di ruota. Quando la produzione cambia, l'operatore seleziona semplicemente il programma corrispondente.

Non è necessario un re-debug manuale. Il tempo di sostituzione si riduce da due o tre ore a meno di quindici minuti.

V. Risultati

Dopo la messa in funzione della sonda cnc DOP40, il cliente ha ottenuto miglioramenti misurabili.

• La concentricità è migliorata da 0,1 mm a 0,04 mm.
• Il runout assiale è ora controllato entro ±0,03 mm.
• La resa al primo passaggio è aumentata da 96,5% a 99,8%.
• La variazione dimensionale tra i lotti è stata ridotta da 60%
• Il tasso di reclami OEM è sceso sotto lo 0,2%

Il tempo di configurazione per macchina è stato ridotto da cinque minuti a meno di quarantacinque secondi. La produzione per turno è aumentata di 22%. L'efficienza del cambio modello è migliorata di 87,5% e l'utilizzo complessivo della capacità è salito a 95%.

Il tasso di scarto è sceso da 0,75% a 0,1%, con un risparmio di oltre 540.000 RMB all'anno. Il carico di lavoro delle ispezioni offline è stato ridotto di 70%. Poiché la compensazione di taglio è ora più uniforme, la durata degli utensili è aumentata di circa 20%.

VI. Commenti dei clienti

“Il sistema di tastatura di Qidu ci ha aiutato a risolvere i problemi di lungo periodo tra controllo di precisione ed efficienza produttiva. Il posizionamento automatizzato ha ridotto la nostra dipendenza dalle abilità manuali e la stabilità dimensionale è migliorata in modo significativo. Il loro team di assistenza tecnica ha risposto rapidamente e ha fornito soluzioni su misura per il nostro processo. Li consideriamo un partner a lungo termine”. - Direttore della tecnologia di produzione