Nell’assemblaggio di precisione è facile pensare che, una volta raggiunta la coppia specificata, il lavoro sia concluso. In molte applicazioni questa ipotesi è valida. In altre, diventa la causa di problemi nascosti.
È quanto è accaduto a un produttore di rilevatori avanzati di CO₂ durante l’assemblaggio di un componente in cui un elemento ottico interno doveva essere perfettamente allineato ed equilibrato dal punto di vista meccanico. L’elemento veniva fissato tramite quattro viti, ciascuna dotata di un O-ring morbido.
Sulla carta, il processo era semplice. Applicare la coppia specificata a ogni vite e verificare che i valori rientrassero nelle tolleranze. In pratica, la correttezza della coppia si è rivelata solo una parte dell’equazione, causando gravi problemi e ritardi nella produzione e portando infine a una richiesta di supporto a Kolver.
I giunti semi-elastici non si comportano in modo simmetrico
Elementi semi-elastici come gli O-ring non si comprimono in modo istantaneo né uniforme. Il loro comportamento dipende dall’ordine di serraggio, dal livello di coppia applicato in ogni fase e da come viene consentita la ridistribuzione dei carichi durante l’assemblaggio.
Nel processo originale, ogni vite veniva serrata direttamente al cento per cento della coppia finale. La prima vite comprimeva completamente il proprio O-ring. Le viti successive venivano quindi serrate su un sistema già parzialmente deformato e questa sorta di effetto basculante influirà inevitabilmente sulla centratura del pezzo.
I valori finali di coppia erano corretti e ripetibili. Le tensioni interne, però, non lo erano.
All’esterno, gli assemblaggi apparivano identici. Internamente, il loro comportamento era molto diverso.
La validazione ha evidenziato il problema, ma troppo tardi
Ogni unità assemblata veniva sottoposta a un ciclo di validazione funzionale della durata compresa tra cinque e dieci minuti. Solo al termine di questo test il pezzo veniva approvato o respinto.
Con le generazioni precedenti di prodotto, il tasso di scarto arrivava a circa il trenta per cento. Ogni pezzo respinto comportava tempo di validazione sprecato, smontaggio, rilavorazione e un flusso produttivo imprevedibile.
I dati di avvitatura non mostravano anomalie evidenti. I valori di coppia rientravano nelle specifiche. Nonostante ciò, le prestazioni funzionali rimanevano incoerenti.
La precisione era necessaria, ma non sufficiente
L’introduzione del nostro sistema di avvitatura K-DUCER NT (modello KDS-NT120) ad altissima precisione ha eliminato una fonte di variabilità (ed evidenziato che gli strumenti adoperati in precedenza non erano calibrati correttamente), ma da sola non è bastata a risolvere il problema. Il vero punto di svolta è arrivato cambiando la logica di avvitatura, non limitandosi alla sola precisione dello strumento.
Tre modifiche si sono rivelate decisive.
Innanzitutto, le viti sono state serrate seguendo uno schema a stella, per distribuire la compressione in modo più uniforme sul componente.
In secondo luogo, la coppia è stata applicata in modo incrementale invece che in un’unica fase. Il serraggio è stato eseguito a circa il trenta per cento, poi al sessanta per cento e solo infine alla coppia finale. Questo ha permesso agli O-ring di comprimersi progressivamente e di uniformare le tensioni prima del serraggio definitivo.
Infine, l’attenzione si è spostata dal solo valore finale di coppia al comportamento di ciascuna vite durante la fase di avvitatura, verificando che tutte seguissero un andamento coerente.
Collegare il processo di avvitatura ai risultati di validazione
Per comprendere meglio i casi di scarto residui, è stata introdotta una procedura semplice ma rigorosa. Quando un’unità veniva respinta in fase di validazione, il suo identificativo univoco veniva registrato, in modo da poter risalire ai relativi dati di avvitatura.
Una volta raccolto un campione statisticamente significativo di almeno cento unità, e preferibilmente oltre duecento, sono stati confrontati i grafici di avvitatura dei pezzi approvati e di quelli respinti.
Le differenze più rilevanti non emergevano alla coppia finale, ma durante la fase di coppia prevalente, in cui gli effetti della compressione degli O-ring e dell’allineamento interno risultano più evidenti.
Dalla correzione alla prevenzione
Una volta compresi questi schemi, è stato possibile intervenire in modo più tempestivo. I comportamenti di avvitatura anomali potevano essere individuati direttamente durante l’assemblaggio, consentendo di scartare i pezzi critici prima che entrassero nella macchina di validazione. Allo stesso tempo, le strategie di avvitatura potevano essere ottimizzate per evitare a monte le condizioni problematiche.
A quel punto, la qualità non veniva più verificata a posteriori. Veniva controllata all’origine.
Il nostro consiglio
Questo caso mette in evidenza un principio valido ben oltre questa applicazione specifica.
Raggiungere la coppia corretta non garantisce un assemblaggio corretto; quando sono presenti giunti semi-elastici, l’ordine di serraggio, la progressione e il comportamento dinamico sono importanti quanto la precisione.
Quando la validazione è lenta e costosa, affidarsi esclusivamente ai controlli di fine linea è inefficiente, mentre l’approccio più efficace è garantire che l’assemblaggio sia corretto prima ancora di arrivare alla validazione.
Attenzione: la precisione resta comunque fondamentale! Tuttavia, senza una strategia di avvitatura adeguata, la sola precisione non è sufficiente.
