.

Jakie są metody kalibracji rotacyjnych narzędzi dynamometrycznych?

Jakie są metody kalibracji rotacyjnych narzędzi dokręcających?
Utrzymanie wysokiej jakości procesów produkcyjnych wiąże się z wieloma problemami, z których jednym z najpoważniejszych jest brak powtarzalności jakości wykonania elementów wejściowych do procesu. Ze względu na różny skład chemiczny, materiały te łączone mogą być ze sobą ograniczonymi metodami, z których najbardziej popularną jest połączenie gwintowe.

Połączenie gwintowe to połączenie rozłączne, kształtowo-cierne, w którym wykorzystuje się siły spójności materiałów elementów połączenia oraz siły tarcia występujące na powierzchniach przylegania elementów połączenia. W przypadku połączeń gwintowych proces montażu elementów odbywa się w trakcie operacji dokręcania, czyli obrotu łącznika gwintowego (śruby lub nakrętki), w którego efekcie osiąga się wymagany naciąg śruby powodujący docisk łączonych elementów.

Nowoczesne przedsiębiorstwo, realizujące proces montażu połączeń gwintowych w trybie produkcji masowej, zaopatrzone jest w rotacyjne narzędzia dokręcające, mające możliwość nastawy parametrów dokręcania (prędkość dokręcania, strategia dokręcania, liczba kroków dokręcania itp.). W celu utrzymania wysokiej jakości procesu dokręcania narzędzia rotacyjne muszą być poddawane okresowej kontroli i kalibracji.

Podział rotacyjnych narzędzi dokręcających

Rotacyjne narzędzia dokręcające ze względu na rodzaj napędu podzielić można na:

  • Pneumatyczne narzędzia dokręcające.
  • Elektryczne narzędzia dokręcające (prądowe i bateryjne).
  • Hydrauliczne narzędzia dokręcające.

 Ze względu na sposób przyłożenia momentu dokręcania:

  • Narzędzia o napędzie ciągłem.
  • Narzędzia o napędzie nieciągłym (pulsacyjnym, udarowym).

Metody kalibracji rotacyjnych narzędzi dokręcających

Kalibrację (wzorcowanie) rotacyjnych narzędzi dokręcających prowadzić można na podstawie następujących znormalizowanych dokumentów:

  • PN-ISO 5393:1997P, w którym określono metodę badań eksploatacyjnych rotacyjnych narzędzi dokręcających z momentem obrotowym przyłożonym w sposób ciągły.
  • ISO 22514-8, opisano w nim statystyczne metody badań procesów wielostanowych, które odnieść można do dokręcających urządzeń wielowrzecionowych.
  • VDI/VDE 2645-2, w którym opisano sposoby analizy zdolności rotacyjnych narzędzi dokręcających.

Na potrzeby prowadzenia badań wykorzystywane są specjalne symulatory złącza o różnej twardości. Na Rys. 1. przedstawiono schemat dla dwóch rodzajów złączy ze względu na ich wysoki i niski poziom momentu obrotowego (potocznie nazywane: złącze twarde i miękkie).

Rys. 1. Schemat przedstawiający przyrost momentu dla złącza twardego i miękkiego.

Zauważyć należy, że w przypadku złącza twardego przyrost momentu od 10% do 100% następuje w zakresie kąta do 27 stopni (od 0% do 100% w zakresie do 30 stopni).

Natomiast w przypadku złącza miękkiego przyrost momentu od 10% do 100% następuje w zakresie kąta powyżej 650 stopni (od 0% do 100% w zakresie powyżej 720 stopni).

Ponieważ złącza twarde i miękkie wyznaczają zakres poziomów momentu dokręcania występujących w warunkach rzeczywistych, łączna analiza osiągów narzędzi dla dwóch badanych złączy będzie dawać ocenę pracy narzędzia dla rzeczywistych zastosowań wewnątrz tego zakresu. Wykorzystując powyższą metodę i odpowiednie obliczenia można precyzyjnie określić jakość badanego narzędzia.

Kolejnym podejściem badania narzędzi rotacyjnych jest analiza na podstawie standardów VDI/VDE, gdzie wykonuje się tzw. badanie MCT (Machine Capability Test - Test Zdolności Maszyny).

Polega on na metodycznym testowaniu narzędzia w warunkach zgodności z określonymi limitami cechy jakościowej związanej z produkcją i procesem. Test może być wykonywany w stosunku do:

  • Narzędzia i jest wykonywany w zakresie pracy narzędzia (Tool-based MCT) w warunkach laboratoryjnych.
  • Konkretnej pozycji (Position-based MCT), czyli wartości momentu dokręcania w procesie bezpośrednio przed użyciem narzędzia na stanowisku montażowym lub jako regularny dynamiczny test w procesie produkcyjnym.

Aby obliczyć zdolność narzędzia dokręcającego należy wykonać odpowiednio wiele prób z uwzględnieniem zminimalizowania wpływu człowieka, materiału, środowiska, metody, tak aby określić tylko wpływ rotacyjnego narzędzia dokręcającego. Dodatkowo, przed wykonaniem obliczeń zdolności narzędzia, dane pomiarowe powinny poddane zostać analizie z użyciem statystycznych testów tj.: normalności rozkładu, dla obserwacji odstających i losowości próby.

W przypadku rotacyjnych narzędzi wielowrzecionowych bardzo dobrym podejściem są metody przedstawione w rodzinie norm ISO 22514, które opisują między innymi sposób analizy w przypadku tzw. procesu wielostanowego (ang. multi-state process). Jest to proces, w którym różne stany (wkrętarki wielowrzecionowe) generują rozkłady statystyczne o różnym rozproszeniu i / lub różnej lokalizacji wartości przeciętnej. 

Rys.2. Proces wielostanowy, który powstawać może w wyniku pracy rotacyjnych narzędzi wielowrzecionowych.

 

Podsumowanie

Wzorcowanie rotacyjnych narzędzi dokręcających powinno być czynnością prowadzoną z góry ustaloną częstością zależną od czasu pracy narzędzia lub liczby wykonanych operacji dokręcania. Pod uwagę należy wziąć także intensywność pracy narzędzia.

Szczegółowe informacje na temat wzorcowania rotacyjnych narzędzi dokręcających znaleźć można na dedykowanym szkolenia: Wzorcowanie rotacyjnych narzędzi dynamometrycznych