Chọn máy hàn nhựa siêu âm: RFP và FAT/SAT cho nhà máy tại Thái Lan

Khi lựa chọn máy hàn nhựa siêu âm, điều đầu tiên cần quyết định không phải là tần số hay công suất. Đó là loại nhựa cần ghép, hình dạng mối nối, chất lượng yêu cầu, sản lượng, và ai sẽ cấp phôi vào thiết bị. Dành cho những người phụ trách khởi động công đoạn ghép vỏ nhựa hoặc vỏ cảm biến tại nhà máy Thái Lan, bài viết này sắp xếp theo trình tự thực tế từ xác nhận khả năng ghép, cấu hình thiết bị, RFP, đến FAT/SAT. Lưu ý, các giá trị số cần được xác định qua thử nghiệm tùy theo mục đích sử dụng, không sử dụng các ví dụ trong bài viết này như giá trị đảm bảo.

Việc lựa chọn máy hàn nhựa siêu âm bắt đầu từ “xác lập khả năng ghép nối”

Trong hàn siêu âm, dao động của bề mặt horn được truyền qua chi tiết đến bề mặt ghép, sinh nhiệt tại bề mặt này làm nhựa nóng chảy, sau khi làm nguội sẽ hình thành mối nối. Giải thích của Branson cũng mô tả nguyên lý này. Do đó, không thể lựa chọn kiểu “nếu là thiết bị 20 kHz thì nhựa này chắc chắn sẽ nóng chảy”. Ngay cả cùng tên nhựa, nếu thay đổi cấp độ, chất phụ gia, độ cứng sản phẩm, khoảng cách đến đường ghép, hoặc cách đỡ chi tiết, thì biên độ cần thiết và kết quả sẽ thay đổi. Giải thích nguyên lý của Branson và Quy trình lựa chọn của Dukane đều chỉ ra sự cần thiết phải đánh giá chi tiết và điều kiện ghép trước khi xác định thông số thiết bị.

Ví dụ, trong công đoạn đóng vỏ nhựa hai mảnh, việc đánh giá sẽ khác nhau giữa ghép chỉ yêu cầu ngoại quan và ghép yêu cầu kín khí. Trường hợp đầu tiên có thể chú trọng đến tính liên tục của đường ghép, bavia, vết xước bề mặt. Trường hợp thứ hai cần có phương pháp thử rò rỉ, điều kiện áp suất, thời gian giữ, tiêu chuẩn đạt/không đạt. Nếu có bảng mạch hoặc bộ lọc bên trong, ảnh hưởng của dao động lên linh kiện bên trong cũng là mục tiêu đánh giá. Để tránh trường hợp “ngoại quan tốt nhưng linh kiện bên trong bị hỏng” sau khi ghép, cần xác nhận trên sản phẩm hoàn chỉnh.

Tài liệu đầu tiên gửi cho nhà cung cấp thiết bị không phải là bản chỉ định model máy, mà là bản vẽ chi tiết, tên chính thức và cấp độ nhựa, phạm vi điều kiện ép phun, mẫu thử, và danh sách các yêu cầu chất lượng. Không nên quyết định khả năng ghép chỉ dựa trên datasheet của nhà sản xuất vật liệu, mà cần đưa giai đoạn thử nghiệm thực tế vào kế hoạch mua sắm. Cũng cần chỉ rõ thứ tự ưu tiên của các yêu cầu chất lượng. Không phải lúc nào cũng có thể tối đa hóa đồng thời độ bền, độ kín, ngoại quan, kích thước, và tính chất điện, điều kiện gia công sẽ thay đổi tùy theo mục nào là điều kiện bắt buộc để khách hàng phê duyệt.

Xác định khả năng ghép trước dựa trên nhựa, mối nối và cách đỡ phôi

Không chỉ dựa vào tên nhựa, cần xác nhận tổ hợp chi tiết

Dukane chỉ ra rằng ở giai đoạn đầu của ghép siêu âm, cần xác nhận đối tượng là nhựa nhiệt dẻo, nếu là nhựa khác loại thì có tương thích không, và thiết kế có cho phép năng lượng siêu âm truyền đến mối ghép không. Trong thực tế, ngoài ký hiệu nhựa trên phiếu vật liệu, cần chuẩn bị cả cấp độ, chất độn, chất tạo màu, tỷ lệ vật liệu tái chế, và kế hoạch thay đổi nhà cung cấp. Nếu độ biến thiên lô sản xuất lớn, chỉ xác nhận điều kiện thành công ở mẫu thử là chưa đủ. Cần kiểm tra cửa sổ công đoạn bằng cách sử dụng sự khác biệt vật liệu và kích thước ép phun có thể xảy ra trong sản xuất hàng loạt.

Ngay cả khi vật ghép là cùng loại nhựa, nếu độ dày thành vách khác biệt lớn, việc truyền năng lượng từ điểm tiếp xúc horn đến bề mặt ghép sẽ bị lệch. Có trường hợp vách mỏng hoặc gờ sẽ biến dạng trước. Nếu sản phẩm ép phun bị cong vênh, khi đặt vào đồ gá, bề mặt ghép sẽ bị hở, dẫn đến hiện tượng vừa quá nóng chảy cục bộ vừa không hàn được ở chỗ khác. Khi gửi mẫu cho nhà cung cấp, không chỉ gửi sản phẩm đạt mà còn cả các chi tiết gần giới hạn trên/dưới về kích thước, và đưa vào phạm vi thử nghiệm.

Bao gồm cả hình dạng mối nối và energy director vào đối tượng thiết kế

Chi tiết mối ghép như energy director rất quan trọng để bắt đầu quá trình nóng chảy tại vị trí mong muốn. Đối với chi tiết đã chốt khuôn, khả năng sửa đổi mối nối bị hạn chế. Do đó, cần tách riêng thử nghiệm giữa “có thể ghép với chi tiết hiện tại” và “phương án khuyến nghị khi thay đổi khuôn”. Lưu ý rằng trong báo giá thiết bị, chi phí cho thay đổi thiết kế và thời gian thử nghiệm này dễ bị bỏ sót.

Vị trí đường nối, lượng ngấu cần thiết, khe thoát flash, mức độ biến dạng cho phép trên bề mặt ngoại quan, tiêu chuẩn định vị đều được chỉ định trên bản vẽ. Nếu các giá trị số chưa được xác định mà vẫn đưa vào RFP, cần ghi rõ là “các hạng mục sẽ được thống nhất qua thử nghiệm”. Điều này nhằm tránh việc sử dụng các giá trị kỳ vọng một chiều khi nghiệm thu. Ngoài ảnh chụp, cần xác định phương pháp phù hợp cho sản phẩm như quan sát mặt cắt, thử nghiệm phá hủy, thử nghiệm kín khí.

Xem bề mặt tiếp xúc giữa đồ gá dưới và horn như một thể thống nhất với phía sản phẩm

Nếu bề mặt mà horn ép và bề mặt mà đồ gá dưới đỡ bị lệch nhau, linh kiện sẽ bị nghiêng và tải trọng sẽ tập trung chỉ vào một phần của đường nối. Đối với các chi tiết có bề mặt cong phức tạp, việc chỉ dùng bề mặt phẳng đơn giản sẽ không đảm bảo tính tái lập. Cần thiết kế đồ gá sao cho không làm xước sản phẩm, chịu được rung động và lực khi hàn, đồng thời không bị vướng khi lấy sản phẩm ra. Đồ gá cũng là đối tượng bị hao mòn, cần vệ sinh và thay thế, do đó cần đưa phụ tùng dự phòng và lịch sử thay đổi vào đặc tả thiết bị.

Horn không chỉ đơn thuần là đồ gá ép mà còn là một phần của stack âm thanh bao gồm cả transducer và booster. Dukane giải thích rằng biên độ rung của bề mặt làm việc của horn được quyết định bởi hệ số khuếch đại của từng thành phần trong stack. Nếu biên độ không đủ sẽ dẫn đến mối nối yếu hoặc nóng chảy không hoàn toàn, ngược lại nếu quá lớn có thể làm quá trình không ổn định. Không nên chọn biên độ cần thiết chỉ dựa vào một giá trị trong catalogue mà phải xác nhận trên vật liệu và chi tiết thực tế. Giải thích về biên độ của Dukane。

Vui lòng tham khảo thêm các hạng mục xem xét chung về thiết kế đồ gá trong bài viết về thiết kế và chế tạo đồ gá của chúng tôi. Tuy nhiên, đối với hàn siêu âm, ngoài việc định vị, cần đánh giá thêm sự tương tác giữa stack âm thanh và việc đỡ linh kiện.

So sánh cấu hình thiết bị khi triển khai máy hàn siêu âm

Báo giá riêng cho máy ép thủ công, cell bán tự động và cell tự động hoàn toàn

Sau khi xác nhận khả năng hàn, sẽ lựa chọn phương thức cấp và lấy linh kiện ra. Đối với sản xuất thử nghiệm hoặc nhiều loại sản phẩm với số lượng ít, thường bắt đầu với dạng máy ép mà công nhân đặt linh kiện. Ngược lại, nếu yêu cầu về takt time và ghi nhận chất lượng cao, cần xem xét cell tích hợp các công đoạn cấp phôi, kiểm tra hướng, kẹp, hàn, kiểm tra và xuất sản phẩm. Trong quy trình lựa chọn của Dukane cũng đề cập đến việc sử dụng probe di động, máy ép, bàn xoay index và tự động hóa chuyên dụng tùy trường hợp. Dù chọn phương án nào cũng cần so sánh dựa trên takt time thực tế và thời gian thay đổi setup.

Ví dụ, nếu chỉ so sánh “thời gian hàn một sản phẩm” mà không cộng thêm thời gian đặt linh kiện, phát hiện sự hiện diện, giữ sau khi hàn, lấy ra và kiểm tra, thì có thể không đạt được takt time của dây chuyền. Việc bố trí các trạm song song, sử dụng bàn xoay hay coi công đoạn hàn là nút thắt cổ chai cần được quyết định dựa trên sơ đồ chu trình toàn bộ công đoạn. Đối với cell cấp phôi thủ công, cần đo thời gian tay rời của công nhân và bố trí đồ gá sao cho không ép buộc thao tác định vị khó bằng một tay.

Ngay cả khi mua máy tiêu chuẩn của nhà sản xuất thiết bị, các hạng mục như horn, đồ gá dưới, tấm chắn bảo vệ, cấp phôi, PLC, liên kết dữ liệu kết quả có thể nằm ngoài phạm vi tiêu chuẩn. Ngược lại, khi đặt hàng trọn gói cho SIer, cần xác nhận ranh giới giữa bảo hành của nhà sản xuất máy hàn và bảo hành tổng thể của cell. Bài viết về thiết kế và chế tạo máy chuyên dụng của chúng tôi đề cập đến phạm vi đặt hàng nói chung. Trong bài viết này, chúng tôi tập trung vào công thức hàn nhựa, stack âm thanh và tiêu chí đánh giá chất lượng.

Thu hẹp lựa chọn tần số, công suất, phương thức truyền động dựa trên thử nghiệm áp dụng

Thông tin sản phẩm Branson 2000Xd cho thấy các lựa chọn tần số 15, 20, 30, 40 kHz, các chế độ hàn như thời gian, năng lượng, khoảng cách, công suất đỉnh. Tuy nhiên, đây chỉ là thông số của mẫu máy này, không phải giá trị khuyến nghị cho mọi loại nhựa và kích thước. Khi so sánh chức năng dựa trên thông số sản phẩm, cần yêu cầu nhà cung cấp đưa ra các phương án dựa trên kết quả thử nghiệm mẫu và lý do lựa chọn.

Tránh đơn giản hóa rằng tần số cao, công suất nhỏ luôn có lợi cho linh kiện tinh xảo, hoặc công suất lớn luôn đủ cho linh kiện lớn. Hình dạng horn, biên độ, tải trọng, độ cứng của actuator, và việc đỡ chi tiết đều cùng quyết định kết quả. Việc so sánh truyền động khí nén và truyền động servo không chỉ dựa vào thông số kỹ thuật mà còn phải xét đến tải trọng, profile tốc độ cần thiết, mức độ giám sát, bảo trì và nguồn cung cấp linh kiện tại chỗ.

Liên kết chế độ hàn và dữ liệu quy trình với tiêu chí nghiệm thu

Ở chế độ thời gian, ngay cả khi cố định thời gian thì sự khác biệt về kết quả do khác biệt vật liệu vẫn còn tồn tại. Các chế độ như năng lượng, khoảng cách, công suất đỉnh cũng không thể chứng minh chất lượng chỉ dựa vào giá trị đã cài đặt. Cần xác nhận mối tương quan giữa các đặc tính chất lượng và tham số quy trình thông qua thử nghiệm mẫu, đồng thời xác lập giới hạn trên/dưới để giám sát kết quả và liên kết với kiểm tra sản phẩm. Thiết bị có nhiều chế độ và chức năng giám sát đồ thị như 2000Xd rất hữu ích cho việc xem xét mối tương quan này, tuy nhiên cần xác nhận định dạng dữ liệu và điều kiện xuất dữ liệu ngay khi đặt hàng.

Nếu cần liên kết số sê-ri sản phẩm với kết quả hàn, cần quy định rõ về giao tiếp với PLC hoặc hệ thống cấp trên, đồng bộ hóa đồng hồ, gửi lại dữ liệu khi bị thiếu, và cách ly sản phẩm NG. Chỉ có log số liệu thì chưa đủ để đảm bảo truy xuất nguồn gốc. Cần thiết kế để phát hiện đọc sai hoặc đọc trùng mã vạch, và không cho phép chuyển sang công đoạn tiếp theo khi dữ liệu chưa được lưu. Phải đảm bảo phương thức giao tiếp mà thiết bị hỗ trợ phù hợp với điều kiện IT/OT của nhà máy.

Các yêu cầu cần ghi trong RFP cho thiết bị hàn nhựa

Việc chỉ ghi trong RFP là “trọn bộ máy hàn siêu âm, 1 chiếc” là quá sơ sài. Cần tổng hợp mục đích, sản phẩm, chất lượng, năng lực, giao diện, điều kiện làm việc, phương pháp nghiệm thu vào cùng một tài liệu để nhà cung cấp có thể báo giá trong cùng phạm vi. Các điều kiện chưa quyết định cũng không được che giấu mà phải ghi rõ ai, khi nào sẽ xác định bằng thử nghiệm. Trong bảng so sánh báo giá, cần liệt kê riêng biệt các mục: máy tiêu chuẩn, horn, đồ gá dưới, tấm chắn, cấp liệu tự động, kiểm tra, dữ liệu, lắp đặt, đào tạo, phụ tùng dự phòng.

Tiêu chuẩn chất lượng như “không rò rỉ”, “bền” là không đủ để nghiệm thu. Nếu có tiêu chuẩn của khách hàng, cần trích dẫn dụng cụ thử nghiệm, điều kiện, số lượng mẫu và tiêu chí đánh giá đạt/không đạt của họ. Nếu tiêu chuẩn khách hàng chưa xác định, cần xác lập tiêu chuẩn dựa trên kết quả DOE hoặc thử nghiệm mẫu, và cả hai bên phải phê duyệt bằng văn bản trước FAT. Khi thử nghiệm cửa sổ quy trình, không chỉ dùng kích thước danh nghĩa mà còn phải trộn cả các linh kiện gần giới hạn cho phép. Cũng cần lưu ý không được đánh đồng sản phẩm thử nghiệm với sản phẩm từ khuôn sản xuất hàng loạt.

Khi đặt câu hỏi cho nhà cung cấp, không chỉ hỏi “có thể làm được không” mà cần hỏi “sẽ xác nhận đặc tính chất lượng nào, bằng thử nghiệm nào, với bao nhiêu mẫu”. Ngoài ra, cần thỏa thuận về chi phí sản phẩm bị mất do thử nghiệm phá hủy, tổ chức thử nghiệm, trách nhiệm sửa khuôn, chi phí thử nghiệm lại. Hỗ trợ ứng dụng của Branson nêu rõ các giai đoạn: đánh giá ban đầu, thiết kế mối nối và thiết bị, thử nghiệm, đào tạo triển khai, là tài liệu tham khảo hữu ích để đưa quy trình thử nghiệm mẫu trước khi chọn thiết bị vào lịch trình mua sắm. Hỗ trợ ứng dụng.

So sánh nhà cung cấp không chỉ dừng lại ở giá và bảng thông số catalogue

Trong bảng so sánh, cần liệt kê căn cứ xác lập mối nối, trách nhiệm thiết kế horn và đồ gá, độ rộng cửa sổ quy trình, mức độ dễ dàng lấy dữ liệu chất lượng, điều kiện hỗ trợ cụ thể tại chỗ. Dù ghi là “có thể đáp ứng”, nhưng căn cứ sẽ khác nhau tùy việc mẫu đánh giá là nhựa thực tế hay vật liệu thay thế. Khi mượn mẫu để thử, cần phân biệt rõ sản phẩm đạt, sản phẩm có sai số ép, sản phẩm lắp ngược hướng, sản phẩm có linh kiện bên trong để thử riêng biệt. Kết quả thử nghiệm cần lưu lại không chỉ giá trị cài đặt mà còn liên kết lô sản phẩm với kết quả.

Chi phí ước tính không chỉ bao gồm thân thiết bị. Cần tách riêng chi phí thiết kế lại horn chuyên dụng, phụ tùng đồ gá, tấm chắn, hệ thống hút/giảm ồn, linh kiện thay khuôn, đào tạo công nhân, đào tạo bảo trì, hiệu chuẩn hàng năm, lắp đặt tại chỗ, chi phí nhập khẩu và khởi động. Sự khác biệt giữa báo giá theo từng bộ phận hoặc ngoại tệ cũng cần so sánh dựa trên điều kiện hợp đồng đồng nhất. Việc tính toán hoàn vốn đầu tư cụ thể phải dựa trên tỷ lệ sản phẩm đạt, takt, bố trí nhân sự của chính công ty mình và báo giá, không sử dụng giá trị giả định từ các bài viết phổ thông.

Trình tự xác nhận khi chuyển từ thử nghiệm mẫu sang điều kiện sản xuất hàng loạt

Trong thử nghiệm mẫu, trước tiên cần tìm ra tổ hợp có thể hàn an toàn, sau đó mới xác định phạm vi điều kiện có thể duy trì trong sản xuất hàng loạt. Việc tạo ra mẫu thử mạnh nhất trong một lần và việc duy trì sản phẩm đạt khi thay đổi lô ép hoặc công nhân là hai việc khác nhau. Trong thử nghiệm ban đầu, cần cố định nhựa, hình dạng mối nối, bề mặt horn, đồ gá dưới, và thay đổi các điều kiện hàn chính để quan sát xu hướng. Mỗi lần thử nghiệm cần ghi lại lịch sử linh kiện và điều kiện, đồng thời đối chiếu với các thử nghiệm sản phẩm như độ kín, độ bền. Nếu kết quả dao động, trước khi tiếp tục điều chỉnh giá trị cài đặt, cần kiểm tra kích thước ép hoặc trạng thái lắp vào đồ gá.

Khi đã xác định được điều kiện tiềm năng, cần đưa vào các biến động dự kiến trong sản xuất hàng loạt. Ví dụ như nhiều lô ép khác nhau, giới hạn trên/dưới của kích thước, sau khi thay khuôn, khởi động lại sau khi thiết bị dừng, thay đổi công nhân, sau khi thay đồ gá, v.v. Đây không phải là “thử nghiệm để tăng số lượng thử nghiệm” mà là các tình huống thực tế khi điều kiện thay đổi. Nếu chỉ đạt ở điều kiện trung tâm sản xuất hàng loạt mà xuất hiện lỗi ở điều kiện biên, cần xác định nên cải thiện ở đâu: tham số thiết bị, thiết kế sản phẩm, quản lý ép, hay cấu trúc đồ gá. Nếu cửa sổ đạt quá hẹp mà vẫn đưa vào máy tự động đắt tiền, thiết bị chỉ càng nhanh chóng tạo ra sản phẩm lỗi.

Kế hoạch thử nghiệm cần trình bày rõ ràng bằng bảng đơn giản về những yếu tố nào được giữ cố định và những yếu tố nào sẽ thay đổi. Nếu chỉ so sánh biên độ và tải trọng mà không ghi lại lô vật liệu và kích thước sản phẩm đúc, nguyên nhân của sự khác biệt có thể bị hiểu nhầm. Ngược lại, nếu thay đổi tất cả các yếu tố cùng một lúc, việc tái lập kết quả sẽ trở nên khó khăn. Khi cần thiết, có thể sử dụng phương pháp thiết kế thí nghiệm, nhưng trước khi xây dựng công thức phân tích, cần chuẩn bị đầy đủ đồ gá và quy trình đo lường để có thể đo chính xác các đặc tính chất lượng. Nếu vị trí cắt mẫu thử, phương pháp bịt kín trong thử nghiệm rò rỉ, hoặc cách giữ mẫu trong thử nghiệm phá hủy thay đổi, thì sự khác biệt do phương pháp đo lường sẽ lớn hơn sự khác biệt do điều kiện ghép nối.

Ví dụ về phiếu yêu cầu mẫu đính kèm RFP

Trong phiếu yêu cầu mẫu, cần ghi rõ mã sản phẩm, phiên bản bản vẽ, khuôn sử dụng, loại nhựa, màu sắc, lô sản xuất, ngày đúc, điều kiện bảo quản, số lượng và phương pháp bảo vệ trong quá trình vận chuyển. Cũng cần nêu rõ có hay không có linh kiện bên trong và liệu các linh kiện đó có thể hoàn trả sau thử nghiệm hay không. Số lượng dùng cho thử nghiệm phá hủy hoặc quan sát mặt cắt sẽ không được hoàn trả, do đó cần tránh gửi mẫu thử quý giá trước sản xuất hàng loạt một cách không có kế hoạch. Nếu linh kiện được chuyển từ nhà máy Thái Lan sang nhà sản xuất thiết bị ở nước ngoài, cần đưa cả thời gian vận chuyển và dự kiến thông quan vào lịch trình.

Việc bản vẽ và mẫu thực tế trùng khớp là điều cơ bản, nhưng trong giai đoạn nghiên cứu ban đầu, có trường hợp mẫu được gửi đi khi chưa cập nhật hết các thay đổi. Trong trường hợp đó, cần lập danh sách những thay đổi nào đã được phản ánh trên mẫu thực tế và những phần nào chưa được cập nhật. Ngay cả khi báo cáo thử nghiệm ghi nhận “đạt”, nếu thử nghiệm được tiến hành trên chi tiết ghép nối không có trên linh kiện khuôn sản xuất hàng loạt, thì kết quả đó không thể dùng làm bằng chứng cho khả năng sản xuất hàng loạt. Chỉ cần ghi cùng mã sản phẩm, phiên bản và lô trên phiếu yêu cầu mẫu và báo cáo thử nghiệm cũng giúp giảm thiểu sự hiểu lầm trong đánh giá.

Nhà sản xuất thiết bị cần trả lại cả các mẫu thất bại trong quá trình ghép nối hoặc báo cáo bằng hình ảnh và dữ liệu. Nếu xác định được vị trí lỗi, vết horn, vết flash, mặt gãy và dạng sóng quá trình, có thể tiếp tục xem xét nguyên nhân nằm ở sự tương thích của nhựa, thiết kế mối nối, hỗ trợ đồ gá hay thông số cài đặt. Nếu chỉ báo cáo “thử nghiệm thất bại”, sẽ không thể quyết định nên thay đổi loại máy hay thay đổi linh kiện. Nhận kết quả ở dạng có thể sử dụng cho thay đổi thiết kế tiếp theo là điều kiện để tận dụng chi phí thử nghiệm.

Sau khi mẫu thử đạt yêu cầu, cần xác định thời điểm đóng băng các thay đổi thiết kế của khuôn và vật liệu. Nếu linh kiện thay đổi, bề mặt tiếp xúc của horn, phần đỡ của đồ gá dưới và độ ngấu cần thiết cũng có thể thay đổi. Nếu không thể tránh khỏi thay đổi, cần ghi rõ trên phiếu quản lý thay đổi những thử nghiệm nào sẽ được thực hiện lại. Trước khi đánh giá năng lực quy trình, cũng cần xác nhận việc hiệu chuẩn thiết bị đo và sự biến động giữa các nhân viên đo lường. Nếu nhầm lẫn sự dao động của phép đo với sự không ổn định của thiết bị, có thể dẫn đến cải tạo thiết bị không cần thiết hoặc thử nghiệm lại quá mức.

Trong hợp đồng mua sắm thiết bị, cũng cần quy định cách xử lý khi chất lượng cần thiết trong sản xuất hàng loạt không đạt được dù đã xác nhận điều kiện trong thử nghiệm mẫu. Cần xác định ai sẽ điều tra nguyên nhân do linh kiện, đồ gá hay cài đặt, tài liệu nào sẽ được chia sẻ và số lần thử nghiệm lại được phép. Nếu chỉ quy định trách nhiệm của nhà cung cấp một cách chung chung, khi cần thay đổi thiết kế linh kiện, tiến độ sẽ bị đình trệ. Việc các bộ phận thiết kế sản phẩm, đúc, chất lượng và thiết bị của bên đặt hàng cùng tham gia cuộc họp đánh giá và quyết định hành động tiếp theo dựa trên kết quả là cách làm thực tế.

Khi đã xác nhận được cửa sổ quy trình, cần ghi riêng điều kiện tiêu chuẩn và phạm vi có thể thay đổi. Nếu vận hành theo kiểu cho phép người vận hành tự do thay đổi giá trị cài đặt với lý do biến động hàng ngày, thì bằng chứng thử nghiệm sẽ không thể giải thích được điều kiện sản xuất hàng loạt. Cần quy định người chịu trách nhiệm cho phép thay đổi, số lượng cần xác nhận sau thay đổi và nơi lưu trữ lịch sử thay đổi. Nếu xử lý nhiều loại sản phẩm trên một máy, có thể cân nhắc hệ thống đọc mã sản phẩm để hiển thị công thức và số đồ gá tương ứng, và không cho phép khởi động khi kết hợp sai. Chỉ cần đồng bộ mã sản phẩm quản lý sản xuất và mã sản phẩm trên thiết bị cũng giúp giảm nhầm lẫn khi khởi động tại hiện trường.

Nếu đồ gá dùng để đánh giá trong thử nghiệm mẫu khác với đồ gá dùng cho sản xuất hàng loạt, cần ghi lại sự khác biệt đó. Nếu trong quá trình đánh giá, kỹ sư giữ linh kiện bằng tay nhưng trong sản xuất hàng loạt lại dùng kẹp tự động, thì cách tác động lực và vị trí đặt sẽ thay đổi. Cần thử nghiệm lại với đồ gá và phương thức cấp liệu của sản xuất hàng loạt, không chỉ dựa vào video trình diễn ngắn mà phải lưu lại kết quả của các thử nghiệm chất lượng đã quy định. Cũng cần xác nhận trong vận hành sản xuất hàng loạt xem có xuất hiện vết horn trên bề mặt ngoài sản phẩm hay không, hoặc mối ghép còn nóng có bị biến dạng khi lấy ra không.

FAT/SAT: Cách nghiệm thu cell hàn siêu âm

FAT được thực hiện tại cơ sở của nhà cung cấp trước khi xuất xưởng, còn SAT được thực hiện trong môi trường thực tế sau khi lắp đặt tại nhà máy Thái Lan, để kiểm chứng các hạng mục đã thỏa thuận trước. Không lặp lại cùng một xác nhận ở cả hai giai đoạn, mà tại FAT kiểm tra chức năng thiết bị, chất lượng với mẫu thử, cảnh báo và dữ liệu; còn tại SAT kiểm tra khả năng tái lập dưới điều kiện nguồn điện, khí nén, nhân sự, hệ thống cấp trên và lô vật liệu thực tế tại hiện trường. Ở cả hai giai đoạn, cần ghi trước tiêu chí đạt/không đạt, và với các hạng mục chưa thể đánh giá, cần ghi lại người phụ trách và thời hạn xử lý.

Kế hoạch nghiệm thu cần ghi từng dòng các thông tin: số hiệu thử nghiệm, điều kiện tiên quyết, mã sản phẩm và lô của mẫu thử, công thức thiết bị, người thực hiện, kết quả kỳ vọng, kết quả đo thực tế và nơi lưu trữ file bằng chứng. Nếu chỉ ghi “đã xác nhận hoạt động bình thường” thì sau này sẽ không thể truy vết đã kiểm tra những gì. Trước mỗi thử nghiệm, cần ghi lại phiên bản phần mềm, phiên bản chương trình PLC, số nhận dạng của horn và đồ gá; nếu có sửa đổi trong quá trình thử nghiệm, cần xác định phạm vi thử nghiệm lại. Nếu giả định các lỗi phát hiện tại FAT sẽ được sửa tại hiện trường, cần thống nhất trước SAT ai sẽ sửa và thử nghiệm nào cần làm lại.

Đối tượng nghiệm thu không chỉ bao gồm thiết bị đơn lẻ mà còn cả luồng di chuyển của mẫu thử. Ví dụ, nếu có hai loại case từ công đoạn trước chuyển đến, và thiết kế chọn công thức bằng mã vạch, cần xác nhận rằng thiết bị sẽ không hoạt động khi nhập sai mã sản phẩm, và khi đọc mã thất bại thì không thể chọn nhầm công thức bằng tay. Nếu công đoạn sau nhận kết quả đạt/không đạt của sản phẩm, cần kiểm tra thời điểm loại bỏ mẫu NG và đảm bảo rằng sau khi mất điện hoặc mất kết nối, sản phẩm chưa xử lý sẽ không bị coi là đạt. Những điều kiện biên như vậy không được ghi trong catalogue của máy hàn, nhưng lại ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cell sản xuất hàng loạt.

Tại FAT, ngoài vận hành liên tục sản phẩm đạt, cần đưa vào các trường hợp bất thường

Chỉ tiến hành thử nghiệm với một số lượng nhất định sản phẩm đạt chất lượng sẽ bỏ sót các vấn đề trong sản xuất hàng loạt như: sản phẩm đi ngược chiều, thiếu linh kiện, chưa lắp đặt đồ gá, chọn sai công thức (recipe), giảm áp suất khí nén, mất kết nối dữ liệu, hoặc khôi phục sau khi dừng khẩn cấp. Việc tiêm lỗi cần được lập kế hoạch thử nghiệm trong phạm vi không gây nguy hiểm cho thiết bị, đồng thời ghi lại các quy trình liên động, cách ly sản phẩm NG và quy trình khôi phục. Cũng cần kiểm tra các mục như phòng tránh tiếp xúc giữa horn và đồ gá, hoạt động khi mở tấm chắn bảo vệ, và quyền thay đổi công thức.

Chất lượng mối ghép không chỉ được đánh giá qua ngoại quan mà còn phải đo lường các yếu tố đã được thống nhất trong RFP như độ bền, rò rỉ, kích thước, và chức năng của linh kiện bên trong. Bao gồm cả việc thử nghiệm các linh kiện được sản xuất ở giới hạn trên và dưới của điều kiện sản xuất hàng loạt, đồng thời yêu cầu bàn giao dữ liệu gốc và file cài đặt. Việc độ dao động nhỏ của thời gian hoặc năng lượng hàn chỉ mang tính tham khảo, không đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng. Cần xác nhận mối quan hệ với các đặc tính chất lượng.

Tại SAT, xác nhận điều kiện thực tế và vận hành tại nhà máy Thái Lan

Tại SAT, cần xác nhận chất lượng nguồn điện, áp suất khí nén, nhiệt độ và độ ẩm, nguồn cung cấp linh kiện thực tế, tín hiệu dừng dây chuyền, bắt tay với PLC, đồng bộ thời gian và nơi lưu trữ dữ liệu. Cũng thử nghiệm xem đội ngũ địa phương có thể thực hiện quy trình thao tác, hiển thị cảnh báo, thao tác thay thế và kiểm tra hàng ngày bằng tiếng Thái hay không. Thiết bị chỉ hoạt động khi có kỹ sư của nhà sản xuất giám sát thì không thể chuyển sang sản xuất hàng loạt. Cần xác nhận rằng nhân viên bảo trì tại chỗ hiểu quy trình thay thế đồ gá và horn, cũng như có thể thực hiện phân tích sơ bộ khi có sự cố.

Mẫu thử nghiệm sử dụng lô nhựa và sản phẩm khuôn mẫu sản xuất hàng loạt tại địa phương, không chỉ sao chép điều kiện FAT mà còn kiểm tra xem rung động khi vận chuyển hoặc căn chỉnh lại sau khi lắp ráp lại có ảnh hưởng không. Đây là lý do không dùng kết quả đạt FAT thay thế cho SAT. Khi kết thúc SAT, bàn giao các tài liệu như bản vẽ cơ khí, bản vẽ điện, bản sao lưu PLC, phiên bản chuẩn của công thức, danh sách bảo trì, danh sách phụ tùng dự phòng, hồ sơ đào tạo và danh sách các vấn đề chưa giải quyết.

Chủ động phòng tránh nguyên nhân làm suy giảm chất lượng sau khi đưa vào vận hành

Ngay cả sau khi nghiệm thu thiết bị, các yếu tố như mài mòn của horn, trạng thái siết chặt, lỏng đồ gá, thay đổi điều kiện ép phun, thay đổi cấp nhựa, bẩn cảm biến, biến động áp suất khí nén đều có thể làm thay đổi kết quả. Cần phân biệt các hạng mục kiểm tra hàng ngày và định kỳ, đồng thời xác định ai sẽ lưu lại từng loại ghi chép. Quy trình của Dukane cũng liệt kê kiểm tra stack, đồ gá, dẫn hướng, dây điện, lọc khí và giá trị cài đặt là đối tượng bảo trì. Tuy nhiên, không nên áp dụng nguyên xi chu kỳ kiểm tra mà cần xác định dựa trên hướng dẫn sử dụng của dòng máy được chọn và điều kiện vận hành.

Trong giai đoạn đầu sản xuất hàng loạt, cần lưu trữ đồng thời phân bố dữ liệu quy trình thu được ở điều kiện tiêu chuẩn và kết quả kiểm tra sản phẩm. Điều này giúp làm cơ sở xác định thời điểm thay đổi khi sóng hoặc khoảng cách thay đổi về sau. Giá trị kiểm soát sử dụng ở đây không lấy nguyên giá trị mặc định của nhà sản xuất làm ngưỡng, mà thiết lập dựa trên kết quả thử nghiệm của sản phẩm đạt và không đạt. Khi vượt quá giới hạn, cần xác định trước sẽ tiến hành dừng thiết bị, cách ly lô hàng liên quan, thử nghiệm lại hay điều tra nguyên nhân. Trong ca kíp luân phiên tại nhà máy, cần lập bảng quyết định ngắn gọn để đảm bảo các nhóm xử lý nhất quán.

Chỉ có sẵn horn và đồ gá dự phòng trong kho chưa đủ để yên tâm. Cần quản lý số nhận dạng, mã sản phẩm tương ứng, ngày bắt đầu sử dụng, lịch sử gia công lại, điều kiện bảo quản, đồng thời xác định quy trình kiểm tra và thử nghiệm xác nhận sau khi thay thế. Vì sau khi mài hoặc thay horn có thể thay đổi biên độ hoặc trạng thái tiếp xúc, cần kiểm tra theo quy trình của nhà sản xuất thiết bị. Đối với cell đa chủng loại, nếu tích hợp cơ cấu hoặc quy trình xác nhận để không thể khởi động với tổ hợp horn và đồ gá sai ngay từ RFP, sẽ giảm thiểu việc sử dụng sai sau khi đưa vào vận hành.

Khi thay đổi công thức, cần ghi lại lý do thay đổi, mã sản phẩm liên quan, người phê duyệt, kết quả thử nghiệm và cách quay lại phiên bản cũ. Nếu thu thập dữ liệu quy trình, cũng cần lưu lại lịch sử cập nhật giá trị NG. Nếu thay đổi nhà cung cấp nhựa hoặc khuôn trong quá trình sản xuất hàng loạt, cần đưa việc đánh giá lại kết quả ghép nối vào quản lý thay đổi. Dù tên công thức trên màn hình máy hàn giống nhau, nếu đã thay horn hoặc đồ gá thì trạng thái quy trình không còn như cũ. Cần liên kết phiên bản linh kiện thiết bị với hồ sơ chất lượng.

Hiểu lầm thường gặp: Không thể lựa chọn giống như hàn robot kim loại hoặc ép servo

Trong hàn robot kim loại, các yếu tố trọng tâm là dòng hàn, tư thế mỏ hàn, dây hàn, và khả năng bám theo đường hàn. Trong hàn siêu âm nhựa, trọng tâm là truyền năng lượng từ stack âm thanh đến bề mặt ghép nối, sự tương thích của nhựa, mối ghép, horn và giá đỡ sản phẩm. Dù đều sử dụng từ “hàn” hoặc “hàn ghép”, nhưng thử nghiệm mẫu và kiểm tra chất lượng cần thiết là khác nhau. Kinh nghiệm tự động hóa cell robot có thể áp dụng cho vận chuyển và thiết kế an toàn, nhưng không thể thay thế cho việc đảm bảo điều kiện ghép nối.

Trong ép chèn bằng servo press, trạng thái lắp ráp được đánh giá bằng đường cong lực và chuyển vị. Dù trong hàn siêu âm cũng có thể giám sát lực và khoảng cách, nhưng đối tượng là sự liên kết do nóng chảy và làm nguội bề mặt nhựa. Không thể áp dụng nguyên xi cửa sổ đạt/không đạt của ép chèn cho quy trình hàn ghép. Cần phân biệt trước mục đích là ghép nối linh kiện nhựa, ép chèn linh kiện kim loại, hay ép chèn vào nhựa, từ đó thiết kế thử nghiệm cần thiết.

Những hiểu lầm phổ biến: Không phải cứ có dữ liệu hàn là đảm bảo chất lượng toàn bộ sản phẩm

Dạng sóng quá trình và phán đoán ngưỡng giúp phát hiện và truy vết bất thường trong quá trình. Tuy nhiên, ngay cả khi dạng sóng nằm trong phạm vi cho phép, vẫn có khả năng xảy ra lẫn vật liệu, hư hỏng linh kiện bên trong, hoặc rò rỉ không thể nhìn thấy. Đối với từng đặc tính quan trọng của sản phẩm, cần kết hợp giám sát quá trình, thử nghiệm phá hủy lấy mẫu, thử nghiệm không phá hủy và thử nghiệm chức năng cuối cùng. Việc có cần kiểm tra toàn bộ sản phẩm hay không sẽ được quyết định dựa trên yêu cầu của khách hàng và đánh giá rủi ro. Việc không đồng nhất giá trị giám sát với “đảm bảo chất lượng” trong quảng cáo là điều quan trọng đối với cả nhà cung cấp và bên đặt hàng.

Câu hỏi thường gặp

Có nên chọn máy hàn nhựa siêu âm tần số 20 kHz không?

Tần số 20 kHz là một lựa chọn được xem xét cho nhiều ứng dụng, tuy nhiên biên độ cần thiết, đầu hàn (horn), công suất và chất lượng sẽ thay đổi tùy theo hình dạng chi tiết và loại nhựa. Dukane giải thích xu hướng ứng dụng của 20 kHz và 40 kHz, nhưng quyết định cuối cùng sẽ dựa trên thử nghiệm mẫu thực tế và kiểm tra chất lượng yêu cầu. Nếu chỉ định cố định tần số trong RFP, vui lòng ghi rõ cơ sở kỹ thuật của lựa chọn đó.

Thiết bị hàn siêu âm cho nhựa có dùng được cho sản phẩm ép nhựa hiện có không?

Có khả năng sử dụng. Tuy nhiên, nếu chi tiết mối nối, bề mặt ghép, bề mặt tiếp xúc với horn hoặc giá đỡ dưới không phù hợp, cần phải chỉnh sửa khuôn hoặc sử dụng phương pháp nối khác. Nếu khó thay đổi khuôn sản xuất hàng loạt, hãy so sánh riêng biệt giữa kết quả thử nghiệm trên linh kiện hiện có và phương án thay đổi thiết kế về chi phí và thời gian giao hàng.

Thông tin tối thiểu cần thiết cho RFP hàn siêu âm là gì?

Số hiệu sản phẩm và phiên bản bản vẽ, loại nhựa, mối nối và yêu cầu chất lượng, takt time mục tiêu, sản lượng, phương thức cấp phôi, giao diện nhà máy, phương pháp kiểm tra FAT/SAT. Đối với các giá trị chất lượng hoặc cửa sổ quy trình chưa xác định, hãy ghi rõ “sẽ quyết định qua thử nghiệm mẫu”, đồng thời đưa chi phí thử nghiệm và thời hạn quyết định vào báo giá.

Cần thử nghiệm bao nhiêu mẫu trong FAT/SAT cho hàn siêu âm?

Không có số lượng cố định áp dụng cho tất cả sản phẩm. Số lượng sẽ được quyết định dựa trên yêu cầu khách hàng, phương pháp thử nghiệm phá hủy, sự biến động về vật liệu và kích thước, cũng như độ tin cậy cần thiết. Kế hoạch thử nghiệm cần bao gồm không chỉ mẫu đạt chuẩn mà cả các linh kiện nằm gần giới hạn cho phép và các trường hợp bất thường, đồng thời ghi lại kết quả.

Tổng kết

Việc lựa chọn máy hàn nhựa siêu âm sẽ trở nên cụ thể hơn nếu tiến hành theo thứ tự: phù hợp giữa nhựa và mối nối, xác lập horn và đồ gá, liên hệ giữa chất lượng sản phẩm và dữ liệu quá trình, cấu hình cell sản xuất hàng loạt, và FAT/SAT. Catalogue của nhà sản xuất chỉ là tài liệu tham khảo để tìm kiếm ứng viên, còn kết quả thử nghiệm mẫu thực tế và tiêu chuẩn nghiệm thu đã thống nhất mới là cơ sở quyết định đặt hàng. Tại nhà máy Thái Lan, kế hoạch cần bao gồm cả việc xác nhận lại bằng vật liệu thực tế và vận hành tại chỗ sau khi lắp đặt.

Nếu đã có bản vẽ chi tiết linh kiện nhựa và takt time mục tiêu, đồng thời đang cân nhắc giữa đặt hàng thiết bị đơn lẻ hoặc cả cell nối, hãy liên hệ với TOMAS TECH. Chúng tôi có thể hỗ trợ sắp xếp phạm vi ghi trong RFP cũng như cách tiến hành thử nghiệm mẫu và nghiệm thu phù hợp với yêu cầu sản phẩm.

Nguồn tham khảo

• Branson: Ultrasonic Plastic Welding
• Branson: 2000Xd Ultrasonic Welder
• Dukane: Amplitude Needed for Welding Plastic Components
• Dukane: 6 Steps to Ultrasonic Assembly Success
• Branson: Precision Welding Application Assistance