Lähes jokainen kokoonpanoprosessi voidaan suorittaa useilla tavoilla. Valmistajan tai integraattorin valitsema vaihtoehto parhaiden tulosten saavuttamiseksi on yleensä sellainen, joka yhdistää todistetun teknologian tiettyyn sovellukseen.
Juotto on yksi tällainen prosessi. Juotto on metallien liittämisprosessi, jossa kaksi tai useampi metalliosa liitetään yhteen sulattamalla lisäainemetallia ja virtaamalla se liitokseen. Lisäainemetallilla on alhaisempi sulamispiste kuin vierekkäisillä metalliosilla.
Juotoslämpö voidaan tuottaa polttimilla, uuneissa tai induktiokäämeillä. Induktiojuottamisen aikana induktiokäämi luo magneettikentän, joka lämmittää substraattia ja sulattaa lisäainemetallin. Induktiojuotto on osoittautumassa parhaaksi valinnaksi yhä useammassa kokoonpanosovelluksessa.
”Induktiojuotto on paljon turvallisempaa kuin poltinjuotto, nopeampaa kuin uunijuotto ja toistettavissa paremmin kuin molemmat”, sanoo Steve Anderson, kenttä- ja testitieteen johtaja Fusion Inc:ssä, 88-vuotiaassa integraattoriyrityksessä Willoughbyssä, Ohiossa. Yritys on erikoistunut erilaisiin kokoonpanomenetelmiin, mukaan lukien juottaminen. ”Lisäksi induktiojuotto on helpompaa. Kahteen muuhun menetelmään verrattuna tarvitset vain tavallista sähköä.”
Muutama vuosi sitten Fusion kehitti täysautomaattisen kuusiasemaisen koneen 10 kovametallipurseiden kokoamiseen metallintyöstöä ja työkalujen valmistusta varten. Purseet valmistetaan kiinnittämällä lieriömäisiä ja kartiomaisia ​​volframikarbidiaihioita teräsvarteen. Tuotantonopeus on 250 osaa tunnissa, ja erilliseen osalokeroon mahtuu 144 aihiota ja työkalunpidintä.
”Neliakselinen SCARA-robotti ottaa kahvan tarjottimelta, asettaa sen juotospastan annostelijalle ja lataa sen tarttujapesään”, Anderson selittää. ”Sitten robotti ottaa aihion palan tarjottimelta ja asettaa sen varren päähän, johon se on liimattu. Induktiojuotto suoritetaan sähkökäämillä, joka kiertyy pystysuunnassa kahden osan ympärille ja lämmittää hopeanvärisen lisäainemetallin 1 305 F:n likviduslämpötilaan. Kun pursekomponentti on kohdistettu ja jäähdytetty, se työnnetään ulos poistokourun kautta ja kerätään jatkokäsittelyä varten.”
Induktiojuottamisen käyttö kokoonpanossa on lisääntymässä, pääasiassa siksi, että se luo vahvan liitoksen kahden metalliosan välille ja koska se on erittäin tehokas yhdistämään erilaisia ​​materiaaleja. Ympäristöongelmat, parantunut teknologia ja epäperinteiset sovellukset pakottavat myös valmistusinsinöörit tarkastelemaan induktiojuottamista tarkemmin.
Induktiojuottamista on käytetty jo 1950-luvulta lähtien, vaikka induktiokuumennuksen (sähkömagnetismin avulla) käsitteen löysi yli vuosisata aiemmin brittiläinen tiedemies Michael Faraday. Käsipolttimet olivat ensimmäinen lämmönlähde juottamiseen, ja niitä seurasivat uunit 1920-luvulla. Toisen maailmansodan aikana uunipohjaisia ​​menetelmiä käytettiin usein suurten määrien metalliosien valmistukseen minimaalisella työvoimalla ja kustannuksilla.
Ilmastointilaitteiden kuluttajien kysyntä 1960- ja 1970-luvuilla loi uusia sovelluksia induktiojuottamiselle. Itse asiassa alumiinin massajuottaminen 1970-luvun lopulla johti moniin nykyisissä autojen ilmastointijärjestelmissä käytettyihin komponentteihin.
”Toisin kuin polttokatkaisu, induktiojuotto on kosketuksetonta ja minimoi ylikuumenemisriskin”, toteaa Rick Bausch, Ambrell Corp:n myyntipäällikkö, inTEST.temperature.”
Eldec LLC:n myynti- ja operatiivisen johtajan Greg Hollandin mukaan tavallinen induktiojuotosjärjestelmä koostuu kolmesta komponentista. Nämä ovat virtalähde, induktiokäämeineen varustettu työpää ja jäähdytin tai jäähdytysjärjestelmä.
Virtalähde on kytketty työpäähän ja kelat on suunniteltu mittatilaustyönä sopimaan liitoksen ympärille. Induktorit voidaan valmistaa kiinteistä tangoista, joustavista kaapeleista, koneistetuista aihioista tai 3D-tulostettuina jauhemaisista kupariseoksista. Yleensä ne kuitenkin valmistetaan ontosta kupariputkesta, jonka läpi vesi virtaa useista syistä. Yksi on pitää kela viileänä vastustamalla osien heijastamaa lämpöä juotosprosessin aikana. Virtaava vesi estää myös lämmön kertymisen keloihin vaihtovirran tiheän läsnäolon ja siitä johtuvan tehottoman lämmönsiirron vuoksi.
”Joskus käämiin asetetaan vuonkeskitin magneettikentän vahvistamiseksi yhdessä tai useammassa liitoksen pisteessä”, Holland selittää. ”Tällaiset keskittimet voivat olla laminaattityyppisiä, jotka koostuvat ohuista, tiiviisti yhteen pinotuista sähköteräksistä, tai ferromagneettisia putkia, jotka sisältävät jauhemaista ferromagneettista materiaalia ja dielektrisiä sidoksia, jotka on puristettu korkeassa paineessa. Käytä joko… Keskittimen etuna on, että se lyhentää sykliaikaa tuomalla enemmän energiaa liitoksen tiettyihin alueisiin nopeammin ja pitäen muut alueet viileämpinä.”
Ennen metalliosien asettamista induktiojuottamista varten käyttäjän on asetettava järjestelmän taajuus ja tehotasot oikein. Taajuus voi vaihdella 5 - 500 kHz:n välillä, mitä korkeampi taajuus, sitä nopeammin pinta lämpenee.
Virtalähteet pystyvät usein tuottamaan satoja kilowatteja sähköä. Kämmenen kokoisen osan juottaminen 10–15 sekunnissa vaatii kuitenkin vain 1–5 kilowattia. Vertailun vuoksi suuret osat voivat vaatia 50–100 kilowattia tehoa ja juottaminen kestää jopa 5 minuuttia.
”Yleisesti ottaen pienemmät komponentit käyttävät vähemmän tehoa, mutta vaativat korkeampia taajuuksia, kuten 100–300 kilohertsiä”, Bausch sanoi. ”Sitä vastoin suuremmat komponentit vaativat enemmän tehoa ja matalampia taajuuksia, tyypillisesti alle 100 kilohertsiä.”
Metalliosat on koosta riippumatta asetettava oikein ennen kiinnittämistä. Perusmetallien väliin on jätettävä tiukka rako, jotta virtaava lisäaine pääsee toimimaan oikein. Pusku-, limi- ja puskulimiliitokset ovat paras tapa varmistaa tämä rako.
Perinteiset tai itsekiinnittyvät menetelmät ovat hyväksyttäviä. Vakiovalaisimien tulisi olla valmistettu vähemmän johtavista materiaaleista, kuten ruostumattomasta teräksestä tai keraamisesta, ja niiden tulisi koskettaa komponentteja mahdollisimman vähän.
Suunnittelemalla osia, joissa on lukittuvia saumoja, puristusta, painaumia tai uria, itsekiinnittyminen voidaan saavuttaa ilman mekaanista tukea.
Liitokset puhdistetaan sitten hiomapaperilla tai liuottimella epäpuhtauksien, kuten öljyn, rasvan, ruosteen, hilseilyn ja lian, poistamiseksi. Tämä vaihe tehostaa entisestään sulan lisäainemetallin kapillaarivaikutusta, joka vetää itseään liitoksen viereisten pintojen läpi.
Kun osat on kunnolla asennettu ja puhdistettu, käyttäjä levittää liitokseen saumausainetta (yleensä tahnaa). Yhdiste on seos täyteainetta, juoksutetta (hapettumisen estämiseksi) ja sideainetta, joka pitää metallin ja juoksuttimen yhdessä ennen sulamista.
Juottamisessa käytettävät lisäaineet ja juoksutteet on suunniteltu kestämään korkeampia lämpötiloja kuin juottamisessa käytettävät. Juottamisessa käytettävät lisäaineet sulavat vähintään 842 F:n lämpötilassa ja ovat vahvempia jäähdytettyinä. Näitä ovat alumiini-pii, kupari, kupari-hopea, messinki, pronssi, kulta-hopea, hopea ja nikkeliseokset.
Käyttäjä asettaa sitten induktiokäämin, jota on saatavilla useina eri malleina. Kierrekäämit ovat pyöreitä tai soikeita ja ympäröivät osaa kokonaan, kun taas haarukka- (tai pinseri-) kelat sijaitsevat liitoksen molemmilla puolilla ja kanavakelat kiinnittyvät osaan. Muita keloja ovat sisähalkaisijaltaan (ID), sisä-/ulkohalkaisijaltaan (OD), pannukakkukelat, avoimet kelat ja moniasentoiset kelat.
Tasainen lämmönjako on välttämätöntä korkealaatuisten juotettujen liitosten kannalta. Tätä varten käyttäjän on varmistettava, että induktiokelasilmukoiden välinen pystysuora etäisyys on pieni ja että kytkentäetäisyys (raon leveys kelan ulkohalkaisijasta sisähalkaisijaan) pysyy tasaisena.
Seuraavaksi käyttäjä kytkee virran päälle aloittaakseen liitoksen lämmitysprosessin. Tämä tarkoittaa keski- tai korkeataajuisen vaihtovirran nopeaa siirtämistä virtalähteestä induktoriin, jonka ympärille luodaan vaihtuva magneettikenttä.
Magneettikenttä indusoi virran liitoksen pinnalle, mikä tuottaa lämpöä ja sulattaa lisäainemetallin, jolloin se voi virrata ja kastella metalliosan pintaa luoden vahvan sidoksen. Moniasentoisten kelojen avulla tämä prosessi voidaan suorittaa useille osille samanaikaisesti.
Jokaisen juotetun osan loppupuhdistusta ja -tarkastusta suositellaan. Osien peseminen vähintään 49 °C:seen lämmitetyllä vedellä poistaa juoksutusainejäämät ja juottamisen aikana muodostuneen hilseen. Osa tulee upottaa veteen sen jälkeen, kun lisäaine on jähmettynyt, mutta kokoonpano on vielä kuuma.
Osasta riippuen minimitarkastuksen jälkeen voidaan suorittaa rikkomaton ja rikkova testaus. NDT-menetelmiin kuuluvat visuaalinen ja radiografinen tarkastus sekä vuoto- ja tiiviystestaus. Yleisiä rikkovia testausmenetelmiä ovat metallografinen, kuorinta-, veto-, leikkaus-, väsymis-, siirto- ja vääntötestaus.
”Induktiojuotto vaatii suuremman alkuinvestoinnin kuin poltinmenetelmä, mutta se on sen arvoista, koska se tarjoaa enemmän tehokkuutta ja hallintaa”, Holland sanoi. ”Induktiossa painetaan vain, kun lämpöä tarvitaan. Kun ei, painetaan.”
Eldec valmistaa laajan valikoiman virtalähteitä induktiojuottamiseen, kuten ECO LINE MF -välitaajuuslinjan, jota on saatavana useissa eri kokoonpanoissa kuhunkin sovellukseen parhaiten sopivaksi. Näitä virtalähteitä on saatavana teholuokituksilla 5–150 kW ja taajuuksilla 8–40 Hz. Kaikki mallit voidaan varustaa tehonlisäystoiminnolla, jonka avulla käyttäjä voi lisätä 100 %:n jatkuvaa käyttötehoa 50 %:lla 3 minuutissa. Muita tärkeitä ominaisuuksia ovat pyrometrillä toimiva lämpötilan säätö, lämpötilan tallennin ja eristetyllä hilalla varustettu bipolaaritransistorivirtakytkin. Nämä kulutusosat vaativat vähän huoltoa, ovat hiljaisia, vievät vähän tilaa ja ne on helppo integroida työstökeskuksen ohjaimiin.
Useiden toimialojen valmistajat käyttävät yhä enemmän induktiojuottamista osien kokoonpanossa. Bausch mainitsee auto-, ilmailu-, lääkintälaitteiden ja kaivoslaitteiden valmistajat Ambrell-induktiojuottolaitteiden suurimpina käyttäjinä.
”Induktiojuotettujen alumiinikomponenttien määrä autoteollisuudessa kasvaa jatkuvasti painonpudotushankkeiden ansiosta”, Bausch huomauttaa. ”Ilmailu- ja avaruusalalla nikkeliä ja muita kulutuslevyjä juotetaan usein suihkuteriin. Molemmat teollisuudenalat juottavat induktiojuottaen myös erilaisia ​​teräsputkiliittimiä.”
Kaikissa kuudessa Ambrellin EasyHeat-järjestelmässä on 150–400 kHz:n taajuusalue, ja ne sopivat erinomaisesti erilaisten geometrioiden omaavien pienten osien induktiojuottamiseen. Kompaktit mallit (0112 ja 0224) tarjoavat tehonsäädön 25 watin tarkkuudella; LI-sarjan mallit (3542, 5060, 7590, 8310) tarjoavat säädön 50 watin tarkkuudella.
Molemmissa sarjoissa on irrotettava työpää, joka voi olla jopa 3 metrin päässä virtalähteestä. Järjestelmän etupaneelin säätimet ovat ohjelmoitavia, jolloin loppukäyttäjä voi määrittää jopa neljä erilaista lämmitysprofiilia, joissa kussakin on jopa viisi aika- ja tehoporrasta. Etätehonsäätö on saatavilla koskettimella tai analogisella tulolla tai valinnaisella sarjadataportilla.
”Induktiojuottamisen pääasiakkaitamme ovat jonkin verran hiiltä sisältävien osien tai suuren massan omaavien, runsaasti rautaa sisältävien osien valmistajat”, selittää Rich Cukelj, Fusion Business Development Manager. ”Jotkut näistä yrityksistä palvelevat auto- ja ilmailuteollisuutta, kun taas toiset valmistavat pistooleja, leikkaustyökalukokoonpanoja, putkistohanoja ja -viemäreitä tai sähkönjakelulohkoja ja sulakkeita.”
Fusion myy räätälöityjä pyöriviä järjestelmiä, jotka voivat induktiojuottaa 100–1 000 osaa tunnissa. Cukeljin mukaan suurempi saanto on mahdollista yksittäisestä osasta tai tietystä osasarjasta. Näiden osien koko vaihtelee 2–14 neliötuuman välillä.
”Jokainen järjestelmä sisältää Stelron Components Inc:n indeksoijan, jossa on 8, 10 tai 12 työasemaa”, Cukelj selittää. ”Joitakin työasemia käytetään juottamiseen, kun taas toisia käytetään tarkastuksiin, joissa käytetään konenäkökameroita tai lasermittauslaitteita tai suoritetaan vetokokeita korkealaatuisten juotettujen liitosten varmistamiseksi.”
Hollandin mukaan valmistajat käyttävät eldecin vakiomallisia ECO LINE -virtalähteitä erilaisiin induktiojuotossovelluksiin, kuten roottoreiden ja akseleiden kutistusliitoksiin tai moottorikoteloiden liittämiseen. Äskettäin tämän generaattorin 100 kW:n mallia käytettiin suuressa osasovelluksessa, jossa juotettiin kuparipiirirenkaita vesivoimalaitosten patogeneraattoreiden kupariliitoksiin.
Eldec valmistaa myös kannettavia MiniMICO-virtalähteitä, joita on helppo siirtää tehtaalla ja joiden taajuusalue on 10–25 kHz. Kaksi vuotta sitten autojen lämmönvaihdinputkien valmistaja käytti MiniMICOa induktiojuottaakseen paluumutkat kuhunkin putkeen. Yksi henkilö teki kaiken juottamisen, ja jokaisen putken kokoaminen kesti alle 30 sekuntia.
Jim on ASSEMBLYn vanhempi toimittaja, jolla on yli 30 vuoden kokemus toimituksellisesta työstä. Ennen ASSEMBLYä Camillo työskenteli projektipäällikkönä sekä Association for Equipment Engineering Journalin ja Milling Journalin toimittajana. Jimillä on englannin kielen tutkinto DePaulin yliopistosta.
Lähetä tarjouspyyntö (RFP) valitsemallesi toimittajalle ja napsauta painiketta, jossa kuvataan tarpeesi.
Selaa ostajan oppaatamme löytääksesi kaikenlaisten kokoonpanotekniikoiden, koneiden ja järjestelmien toimittajia, palveluntarjoajia ja kauppajärjestöjä.
Lean Six Sigma on ollut jatkuvan parantamisen vauhdittajana vuosikymmenten ajan, mutta sen puutteet ovat tulleet ilmeisiksi. Tiedonkeruu on työlästä ja sillä voidaan kerätä vain pieniä otoksia. Tietoa voidaan nyt kerätä pitkien ajanjaksojen aikana ja useista paikoista murto-osalla vanhempien manuaalisten menetelmien kustannuksista.
Robotit ovat halvempia ja helppokäyttöisempiä kuin koskaan. Tämä teknologia on helposti saatavilla jopa pienille ja keskisuurille valmistajille. Kuuntele tämä eksklusiivinen paneelikeskustelu, jossa on mukana johtajia neljästä Amerikan johtavasta robotiikkatoimittajasta: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America ja Universal Robots.