Jak rozwiązaliśmy problem nierównomiernego utwardzania kleju w produkcji elementów samochodowych

Fot.: Homa Appliances / Unsplash

Produkcja wnętrz samochodowych stawia wysokie wymagania pod względem precyzji i jakości klejonych połączeń. Jeden z naszych klientów borykał się z powtarzającym się problemem – nierównomiernym utwardzaniem dwuskładnikowego kleju poliuretanowego, co prowadziło do wad montażowych i reklamacji. Po analizie procesu stwierdziliśmy, że kluczowym czynnikiem nie była sama chemiczna receptura, lecz warunki aplikacji i przechowywania surowców. W tym artykule podzielimy się konkretnymi krokami, które doprowadziły do wyeliminowania problemu i poprawy stabilności produkcji.

Problem: Nierównomierne utwardzanie kleju i jego wpływ na produkcję

W przemyśle motoryzacyjnym jakość połączeń klejowych jest kluczowa dla bezpieczeństwa, trwałości i estetyki części wewnętrznych. Podczas produkcji jednego z naszych kluczowych komponentów dla czołowego producenta samochodów zmagaliśmy się z powtarzającym się problemem: nierównomiernym utwardzaniem dwuskładnikowego kleju poliuretanowego. Wada ta objawiała się lokalnymi miękkimi miejscami, zmniejszoną wytrzymałością połączenia, a w niektórych przypadkach także widocznymi deformacjami powierzchni. Problem występował nieregularnie, co utrudniało jego identyfikację i rozwiązanie.

Analiza wykazała, że przyczyn było kilka. Po pierwsze, wahania temperatury i wilgotności w hali produkcyjnej wpływały na szybkość utwardzania. Po drugie, niewystarczające wymieszanie składników kleju prowadziło do lokalnych różnic stężenia katalizatora. Po trzecie, różnice w grubości klejonej warstwy powodowały nierównomierny rozkład ciepła podczas utwardzania. Czynniki te prowadziły do przestojów w produkcji, zwiększonej ilości braków oraz ryzyka reklamacji, co zagrażało relacjom z dostawcami i ekonomice projektu.

Diagnostyka: Jak zidentyfikowaliśmy przyczyny nierównomiernego utwardzania

Aby systematycznie rozwiązać problem, najpierw wprowadziliśmy szczegółowy monitoring procesu produkcyjnego. Za pomocą kamer termowizyjnych monitorowaliśmy rozkład temperatury na klejonych częściach podczas utwardzania i stwierdziliśmy, że różnice między poszczególnymi strefami sięgały nawet 12 °C. Następnie analizowaliśmy próbki kleju standardowymi metodami badawczymi, aby sprawdzić jednorodność mieszaniny. Wyniki potwierdziły, że w niektórych przypadkach nie osiągnięto optymalnego stosunku składników A i B.

Kolejnym krokiem było sprawdzenie wpływu otoczenia. Pomiar wilgotności względnej i temperatury w hali wykazał, że wartości wahały się w zakresie 45–65 % i 18–26 °C, co dla wrażliwych systemów klejowych jest zbyt szerokim przedziałem. Kluczowe było również stwierdzenie, że czas między nałożeniem kleju a rozpoczęciem utwardzania nie zawsze był spójny, co prowadziło do przedwczesnego rozpoczęcia reakcji w niektórych częściach. Te spostrzeżenia pozwoliły nam skupić się na konkretnych obszarach do poprawy.

Fot.: Lenny Kuhne / Unsplash

Rozwiązanie: Optymalizacja procesu i dobór odpowiednich surowców

Na podstawie diagnozy wdrożyliśmy kilka kluczowych działań. Najpierw dostosowaliśmy klimatyzację hali produkcyjnej tak, aby temperatura i wilgotność były utrzymywane w wąskim zakresie 22 ± 2 °C i 50 ± 5 %. Następnie wprowadziliśmy zautomatyzowany system dozowania i mieszania kleju, który zapewnia precyzyjny stosunek składników oraz ich doskonałe wymieszanie. Do kontroli grubości klejonej warstwy wprowadziliśmy laserowe urządzenie pomiarowe, które w czasie rzeczywistym informuje o odchyleniach.

Znaczącej zmianie uległ również wybór odpowiedniejszego typu kleju. Przeszliśmy na dwuskładnikowy system poliuretanowy o wolniejszym, lecz bardziej równomiernym przebiegu utwardzania, który jest mniej wrażliwy na wahania temperatury i wilgotności. System ten zawiera dodatkowo dodatki stabilizujące warunki reakcji, co dodatkowo zmniejsza ryzyko lokalnych defektów. Zmiana kleju została przeprowadzona zgodnie z wymaganiami REACH oraz wewnętrznymi specyfikacjami klienta, aby nie narazić na szwank certyfikacji finalnego produktu.

Wyniki: Poprawa jakości i efektywności produkcji

Po wdrożeniu zmian odnotowaliśmy natychmiastową poprawę jakości klejonych połączeń. Ilość braków zmniejszyła się o ponad 80 %, a wytrzymałość połączeń wzrosła średnio o 15 %, co zostało potwierdzone standardowymi testami wytrzymałościowymi. Równomierne utwardzanie wyeliminowało również deformacje powierzchni, co poprawiło estetykę finalnych elementów i zmniejszyło potrzebę dodatkowych poprawek. Stabilizacja procesu produkcyjnego przyniosła oszczędności czasu i materiałów, co pozytywnie wpłynęło na koszty.

Długoterminowo osiągnęliśmy wyższą niezawodność dostaw i wzmocniliśmy zaufanie klienta do naszych rozwiązań. Ten projekt posłużył również jako przykład dobrej praktyki dla innych linii produkcyjnych, gdzie zastosowaliśmy podobne zasady w innych systemach klejących. Kluczowym czynnikiem sukcesu były systematyczne podejścia do diagnostyki, współpraca z dostawcami surowców oraz gotowość do inwestowania w ulepszenia technologiczne, które szybko się zwróciły w postaci wyższej efektywności i zadowolenia klienta.

Foto: Simon Kadula / Unsplash

Wdrożenie zmian: Praktyczne kroki i walidacja procesu

Po zidentyfikowaniu kluczowych przyczyn nierównomiernego utwardzania przystąpiliśmy do systematycznej implementacji zaproponowanych rozwiązań. Pierwszym krokiem była modyfikacja technologii aplikacji kleju. Wprowadziliśmy zautomatyzowany system dozujący z precyzyjną regulacją przepływu, który zapewnia jednolite nanoszenie kleju w ilości 120–150 g/m2, z odchyleniem maksymalnie ±5 %. Jednocześnie zoptymalizowaliśmy profil temperaturowy linii suszącej: temperatura była stopniowo podwyższana z 60 °C do 90 °C w pięciu strefach, z całkowitym czasem ekspozycji 15 minut. Ten profil został ustalony na podstawie analizy termograwimetrycznej (TGA) użytego kleju, która wykazała optymalne okno temperaturowe dla równomiernej polimeryzacji.

Kluczowym punktem była walidacja nowego procesu. Przeprowadziliśmy serię testów na próbkach o wymiarach 300 × 200 mm, gdzie monitorowaliśmy stopień utwardzenia za pomocą twardościomierza Shore’a oraz testów wytrzymałościowych zgodnie ze standardowymi metodami. Wyniki potwierdziły, że 98 % próbek osiągnęło wymaganą wytrzymałość na rozciąganie (minimum 8 MPa) oraz równomierne utwardzenie na całej powierzchni. W celu ostatecznego potwierdzenia zrealizowaliśmy serię pilotażową 500 części, gdzie monitorowaliśmy zarówno właściwości mechaniczne, jak i wady wizualne. Odchylenia w jakości zmniejszyły się do mniej niż 1 %, co było poniżej akceptowalnego progu dla produkcji seryjnej.

Szkolenie zespołu i zapobieganie ponownemu wystąpieniu problemu

Same zmiany technologiczne nie wystarczą – kluczowa jest również prawidłowa obsługa i konserwacja urządzeń. Przeprowadziliśmy kompleksowe szkolenie zespołu produkcyjnego, skupiające się na trzech głównych obszarach: prawidłowym ustawieniu technologii aplikacji, kontroli parametrów linii suszącej oraz wizualnej inspekcji części. Operatorzy zostali przeszkoleni w identyfikacji typowych wad, takich jak lokalne niedostateczne utwardzenie (objawiające się lepkością powierzchni) lub odwrotnie – przypalenie (zmiana koloru kleju). Wprowadziliśmy również listy kontrolne, które muszą być wypełniane przy każdej zmianie i obejmują pomiar temperatury, wilgotności w hali oraz czasu ekspozycji w linii suszącej.

W celu długoterminowej prewencji wdrożyliśmy system regularnych audytów procesu. Co dwa tygodnie przeprowadzamy kontrolne pomiary wytrzymałości klejonych połączeń na losowo wybranych częściach, a raz w miesiącu pełną rewizję technologii aplikacyjnej. Dane są zapisywane do centralnego systemu, który umożliwia śledzenie trendów i wczesne identyfikowanie odchyleń. Dzięki temu podejściu udało nam się zmniejszyć liczbę reklamacji z powodu wadliwego klejenia o 85% w ciągu pierwszych sześciu miesięcy po wdrożeniu zmian.

Korzyści ekonomiczne i środowiskowe optymalizacji

Optymalizacja procesu przyniosła nie tylko poprawę jakości, ale także znaczące oszczędności ekonomiczne. Dzięki zmniejszeniu liczby wadliwych części osiągnęliśmy oszczędność materiału w wysokości około 12 ton kleju rocznie, co przy cenie 45–60 zł/kg oznacza oszczędność rzędu setek tysięcy złotych. Ponadto zmniejszyło się zużycie energii w linii suszącej o 18%, ponieważ zoptymalizowany profil temperaturowy wymaga krótszego czasu nagrzewania. Oszczędności te zostały osiągnięte bez konieczności inwestycji w nowe urządzenia – wystarczyło efektywniej wykorzystać istniejącą technologię.

Z punktu widzenia środowiskowego rozwiązanie ma pozytywny wpływ na redukcję odpadów. Dzięki zmniejszeniu liczby wadliwych części zmniejszyła się ilość odpadów przeznaczonych do recyklingu lub utylizacji. Ponadto przeszliśmy na klej o niższej zawartości lotnych związków organicznych (VOC), co przyczyniło się do poprawy warunków pracy i zmniejszenia emisji. Ten krok był zgodny z wymogami rozporządzenia REACH i przyczynił się do realizacji wewnętrznych celów zrównoważonego rozwoju firmy. Ogólnie rzecz biorąc, optymalizacja procesu przyniosła efekt synergiczny – wyższą jakość, niższe koszty i mniejszy ślad ekologiczny.

Potrzebujesz indywidualnego rozwiązania?

Każda produkcja ma swoje specyficzne wymagania. GCG Group dostarcza nie tylko wysokiej jakości dodatki i kleje dla branży automotive, ale także wsparcie techniczne, w tym analizę procesów i rekomendacje dotyczące optymalizacji. Do Państwa dyspozycji są szczegółowe karty techniczne oraz karty charakterystyki dla każdej surowca. Skontaktuj się z nami – lub od razu przejrzyj katalog ponad 1 300 produktów.