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点胶工艺的主要挑战和解决办法

发布时间: 2021-06-29
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  点胶,英文称Dispensing,是一种工艺,也称打胶、施胶、涂胶、灌胶、滴胶等,是把胶水、油或者其他液体涂抹、灌封、点滴到产品上,让产品起到黏贴、灌封、绝缘、固定、表面光滑等作用。这种工艺应用范围非常广,在汽车生产制造过程中,也是不可缺少的一部分。


点胶工艺的主要挑战和解决办法


  点胶工艺可以是人工操作,也可以用自动化机器人。一般情况下,在汽车生产中,由于产量大、节拍高,基本都选择机器人自动点胶。这项工艺效率高,但是成本也较高,同时技术难度也很大。自动点胶一般来说是用气压控制的,在设定时间内把胶液推出。由仪表控制每次注滴时间,理论上,确保每次注滴量一样。调节好气压、时间和选择适当的针嘴,便可控制每次的注滴量。但在实际生产中,可能发生的问题层出不穷,是一项关键技术难点。


  也正因为此,Nordson EFD,这家精密点胶系统全球领先的制造商赞助了一项调查,并由Clear Seas Research实行,研究历时5年,从2014年到2018年分三批进行。研究使用了大致相同的问题,以及来自相似行业的相似规模的受访者,然后将这三次研究的结果进行合并,获得了结果数据。最终,总共有890名美国各地需要用到点胶系统的制造公司的受访者参加了调查,这些受访者都是公司内对点胶工艺、设备、胶型有权威的人士,他们有资格参与决定其组织的制造过程中使用什么胶、适用什么设备。


  根据数据,以下几点是他们认为在点胶过程中最容易出现问题的因素:


  · 点胶的一致性;


  · 点胶的准确性;


  · 设备维护;


  · 如何加快节拍;


  · 胶的浪费;


  · 操作员培训;


  · 返工和维修;


  点胶的一致性


  进行小批量生产时,这个问题最为常见和棘手。约44%的受访者表示,由于是小批量生产,往往采用手工操作,而非自动化机器人。而使用手工方法时,每个工件之间的一致性是最大的挑战。由于操作人员随时会变动,能够有一致性才是奇怪的事情。


  而当制造商使用更先进的自动化设备进行点胶时,一致性问题稍有改善。使用气动台式点胶机(air-powered benchtop dispenser)的采访者中有37%认为,一致性问题是一个挑战。使用气动阀系统(pneumatic valves systems)的受访者中有32%认为一致性问题是一个挑战,而使用容积式点胶系统(positive-displacement dispensing system)的受访者中只有26%表示这是一个挑战。


  当然,我们不能把所有复杂问题都用自动化设备替代手工操作来解决,尽管改善点胶设备可以改善一致性的问题,但是遵循一些简单的准则也可以有所进步,例如气泡问题。因为气泡是破坏胶水性能和一致性的罪魁祸首之一,我们可以想办法减少流体中的气泡。比如,在点胶之前,使用离心机将流体中的空气清除;或者尽量避免解冻冻结的胶水,以防止胶水冻结后解冻而出现大量的冻融空隙。


  点胶精度


  点胶精度也是一个容易出现问题的点。与点胶一致性非常类似,41%的手工操作受访者和35%的气动点胶使用者认为点胶精度是一个难点;


  使用气动阀系统(例如隔膜阀和针头分配阀)时,精度问题就比较不明显了。部分制造商使用了先进的喷射系统,例如电子气动喷射阀和压电喷射阀,精度也得到大大地提高。


  气动点胶机的最新进展也有助于提高精度。软件的改进,让现在许多机器可以进行多点点胶功能的操作,还可以帮助加快生产速度。


  胶水里的气泡也会影响每次点胶的准确性。使用前从流体中清除空气是准确点胶的关键。


  设备维护


  设备维护一直都是一个难点。它主要包括设备的拆卸、清洗、润滑,还有停机保养。和上述两点不同的是,自动化点胶的方式反而增加了设备维护的难度。


  2017年和2018年,分别有46%和45%的受访者对容积式点胶系统的维护视为头号难题。


  与此同时,对气动阀系统,2017年和2018年分别有39%和33%的受访者将其同样视为难题。


  另外,2018年有35%的受访者认为在气动喷射阀系统设备维护上困难很大。


  与气动阀和喷射阀系统相比,更多的受访者将容积式点胶系统视为问题一点也不奇怪。正排量点胶设备(例如容积泵)通常具有更复杂的零件,需要更多的时间来拆卸和清洁。正排量系统的优势在于,无论流体粘度或粘度随时间的变化如何,它们都可提供连续,可重复的点胶。相比于其它类型的点胶系统,其好处大于花费更长的时间进行清理的弊端。


  点胶技术的最新进展,包括气动阀和压电喷射阀,通过创新的产品设计减少了维护时间。集成在阀门设计中的快速释放扣使操作员可以在将阀门安装到自动化系统的同时快速移除流体,不必拆卸阀门即可将其清洗再恢复使用,从而节省了大量的维护时间。实际上,如果制造商提前准备了一种以上的流体,是可以做到无缝切换的,从而将停机时间降至最少,只需几分钟。


  如何加快生产节拍


  对于某些零件供应商来说,由于产品供不应求,生产出来就一定能卖掉,所以提高生产速度是头等大事,没有之一。任何的停线、停工都相当于在烧钱。2018年约有44%的受访者表示加快生产节拍是他们心中的第一挑战。使用台式自动化系统的受访者中有43%表示急迫需要加快生产速度。


  通常,当需要更高的生产量时,如果我们适用台式自动化系统,机器人可以通过分配流体的方式实现批量的点胶,从而取代一对一的模式,从而大大提高了生产速度。


  受访者认为生产速度是自动点胶系统的一个痛点,原因之一可能是点胶系统的制造商有意将机器人的移动速度设计为慢速,由此不超过安全阈值,从而不需要将其封闭在安全保护系统中。


  最新式的台式点胶机器人是专门为缩短点胶周期而设计的。这些新型机器人采用滚珠丝杠驱动而不是皮带驱动,可以更快,更精确地定位。某些型号可以实现±0.003毫米的位置重复精度。


  浪费和培训


  最后值得一提的就是是胶水的浪费,操作员培训以及返工和报废。


  废液废胶貌似是一点点浪费,但日积月累下来花费不小。减少胶水浪费的一种常见方法是使用一次性点胶部件,类似注射器筒和活塞,其设计为防止点胶后在筒中留下任何胶水。还有一些零件是专门设计为可以减少浪费的结构。储液罐和分配阀之间采用较短的供料管也可以帮助减少浪费。使用特殊的分配阀也可以帮助合理分配胶水,从而将浪费降至最低。


  工人培训在任何设备或工艺的应用上一直是难题,点胶当然也不例外,对于复杂的喷射系统和台式机器人来说尤其如此。克服这一问题的一种方法是与点胶设备供应商合作,在供货、测试、调试设备时帮助进行员工培训,并在测试设备时生成文档化的参数,以在培训操作员时用作指导文件。软件的升级也可以大大减少培训操作员的时间。一些设备供应商投入了大量资金来开发直观的软件界面,以简化点胶机器人的设置和编程,从而减少操作员培训的需求。


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