Problém roztřepených nití na dekorativním stehu se ve výrobním závodě vyskytl během května 2012, kdy bylo zapotřebí měnit šicí jehly na štepovacích strojích cca po jedné až dvou směnách. Hlavním důvodem byl nově zvolený kožený materiál Leather Arianne, který byl příliš tvrdý a tudíž obtížně zpracovatelný. Potahy byly výrazně štepované a z důvodu tvrdé kůže a silných nití byly použity jehly tloušťky 160 Nm.
Výsledkem byl vzrůst výrobních nákladů, které byly způsobeny zvýšenou spotřebou šicích jehel, a zvýšením počtu scrapových kusů určených k vyhození. Třepení nití se objevilo na 3 dílnách, jejichž produkce se liší drobným modelovým řešením, množstvím štepování na potahu a v produktivitě.
Z důvodu neustálých problémů s kvalitou kůže, došlo během listopadu 2012, v průběhu testování v rámci DP, ke změně výroby na předešlou modelovou řadu. Změna koženého materiálu na Leather Agnes se na kvalitě stehu projevila méně častým výskytem třepení. Obměnou výroby došlo nejen ke změně kůže, jejíž struktura je nyní méně tuhá a lépe zpracovatelná, ale také ke změně jemnosti šicích nití z 220 tex na 148 tex. Tloušťky jehel se změnily pouze na jedné z dílen, kde se nyní šije jehlami 140 Nm.
Třepení nití se projevuje vyčnívajícími vlákny na stezích a výsledný šev se jeví chlupatý. Na obrázku 3-1 je vidět rozdíl mezi dobrým a poškozeným stehem.
Obr. 3-1 Vzhled dobrého a poškozeného stehu
49 Mikroskopií poškozených nití bylo zjištěno, že konce vláken jsou natavené.
Prošívací nitě jsou vyrobeny ze 100 % PE, u kterého se bod měknutí pohybuje v rozmezí od 235°C do 245°C a u kterého dochází k tání při teplotě 250°C až 260°C. U vysokorychlostního šití se teploty jehel často blíží ke 200°C. Obrázek 3-2 zobrazuje natavené konce vláken.
Obr. 3-2 Natavené konce vláken PE nití
Prostřednictvím snímků z mikroskopu, které byly pořízeny v rámci předběžného testování, bylo zjištěno mechanické opotřebení šicích jehel. Tímto opotřebením vznikaly na šicí jehle ostré hrany a zdrsněný povrch, jak je vidět z přehledu fotografií obrázku 3-3.
Obr. 3-3 Mechanické poškození jehel z výroby
V případě, že by nit byla poškozena pouze z důvodu tepelného namáhání, vyskytoval by se tento problém neprodleně po vložení nové jehly do jehelní tyče. Jelikož se třepení začalo vyskytovat po několika hodinách provozu šicí jehly, je předpokladem, že destrukce stehu je zapříčiněna spolupůsobením tepelného namáhání a ostrých hran šicí jehly, způsobených mechanickým opotřebením. Cílem je definovat příčiny vzniku opotřebení na jehle, stanovit její životnost vzhledem ke kvalitě nitě na štepu a otestovat možnou alternativu stávající šicí jehly.
50 3.2 Možné příčiny vzniku třepení nitě na stehu
Přehledným způsobem zobrazení možných příčit třepení nitě je použití Ishikawova diagramu „Příčin a následků“. Z diagramu na obrázku 3-4 je zřejmé působení šesti hlavních faktorů, které obsahují vlastní podkategorie a u kterých je nutno stanovit, do jaké míry ovlivňují výslednou kvalitu stehu. Jelikož se DP zabývá mechanickým opotřebením a určením životnosti šicí jehly, budou tyto faktory vztaženy i k působení na šicí jehlu.
Následně bude vybráno několik faktorů, které je ve výrobě možno ovlivnit a kterými se DP bude zabývat podrobněji v rámci testování.
Pod faktorem lidé je označen operátor výroby neboli šička, která ovlivňuje namáhání jehel způsobem šití. Při rychlém a rázovém šití, kdy je stroj uváděn do chodu rychlým sešlápnutím pedálu, je jehla velmi dynamicky namáhána, neboť nemá časový prostor na koordinovaný prostup materiálem, jako v případě plynulého šití. Hrozí zde velké riziko zlomení jehly a při posunu materiálu pod jehlu v průběhu šití dochází k vychylování jehly, čímž může dojít ke střetu jehly se stehovou deskou. Rychlost šití je nastavena na 2600 otáček za minutu, což limituje produktivitu a růst teploty jehly v průběhu šití.
Štepovací operace jsou ve většině případů prováděny zkušenými předáky, přičemž na kvalitu odvedené práce má vliv i fyzická kondice operátora.
Materiál je z hlediska řešení DP nedotknutelnou oblastí, neboť vše v této části je specifikováno zákazníkem. Tuhost šitého materiálu je dána technologií dodavatele, který je nominován zákazníkem. Počet vrstev materiálu je rovněž specifikován a změna vrstev při šití je dána modelovým řešením. Co se týče životnost jehly vzhledem k materiálu, existuje zde přímá úměra, kdy se bude s rostoucí tuhostí materiálu, počtem vrstev a změnou počtu vrstev materiálu při šití zvyšovat namáhání a opotřebení jehly, která bude následně důvodem snížené kvality stehu na štepu. Šicí nitě mohou výsledný vzhled stehu znehodnotit špatnou kvalitou, která je zapříčiněna chybou výrobce, nebo nevhodným skladováním a stářím materiálu. Ke každému modelu potahu jsou definovány šicí nitě konkrétní jemnosti (dle druhu šitého materiálu) a použitým materiálem, v našem případě 100% PE, který je zvláště citlivý na teploty vznikající v průběhu šití. Obsluha stroje může zapříčinit snížení kvality nitě nesprávným návlekem, čímž může docházet k přetrhu nití či k deformacím nitě, což ovlivní kvalitu zákrutu a konečného vzhledu stehu.
Šicí stroj nesmí být zanedbán z hlediska nastavení šicího stoje, které spočívá v seřízení otáček stroje a napětí nití. S kvalitou stehu souvisí i přídavná zařízení šicího stroje, jako jsou vodiče nití, které v případě umístění ve vyšší poloze (min. 30cm nad cívkou) dávají nitím prostor na relaxaci při odvíjení z cívky. Důležitým přídavným
51 zařízením z hlediska tepelného namáhání je chlazení, které spočívá v přivedení proudu vzduchu k oušku jehly, čímž dochází k urychlení odvodu tepla z jehly a je prevencí natavování šitého materiálu. Důležitým faktorem, který velmi ovlivňuje třepení nití, je chapač, u kterého je nutno kontrolovat stav hrotu chapače, který má přímý vliv na tvorbu stehu a jeho stav opotřebení úzce souvisí s nastavením vzdálenosti chapače a jehly.
Tloušťka šicí jehly je stanovena dle jemnosti nitě a druhu materiálu, typ hrotu je doporučen zákazníkem v závislosti na výsledném vzhledu stehu. V rámci DP lze ovlivnit kvalitu stehu určením životnosti šicí jehly a to stanovením četnosti výměny šicích jehel, která by měla předcházet vzniku závažného mechanického opotřebení šicích jehel, které může být do jisté míry ovlivněno i upnutím šicí jehly do jehelní tyče z hlediska jejího pootočení.
Nesprávná poloha jehly se může projevit narážením hrotu chapače do krajní strany vybrání jehly a vytvořit tak ostré hrany, s nimiž následně přichází nit do styku. Druhou možností ovlivnění životnosti a zahřívání šicí jehly zejména při dlouhém šití, je vhodně zvolený druh povrchové úpravy.
Metodami, které mohou mít přímý dopad na kvalitu nitě na štepu, je například způsob a četnost vstupní kontroly či délka stehu, která je stanovena šicími specifikacemi engineeringem. Bylo by také vhodné volit větší délku stehu, která by eliminovala výsledný počet vpichů a zahřívání jehly, stejně jako kratší délka šicích operací, která je závislá na velikosti dílu a designu modelu. Počtem kusů v rozešívce je stanoveno maximum kusů jedné operace, které musí šička odšít v pravidelném sledu operací a stroji. Počet kusů v rozešívce značně ovlivňuje zahřívání šicí jehly zvláště u šití dlouhých dílů, neboť zkušená šička vysokým tempem odšívá jednotlivé kusy za sebou a šicí jehla nemá časový prostor k vychladnutí. Nejčastěji je rozešívka stanovena po pěti kusech, což je vhodné jak z hlediska produktivity, tak z důvodu plynulosti toku materiálu a prevence hromadění kusů v zásobnících. Navíc zde vzniká časový prostor pro ochlazení jehel, kdy je s hotovými díly manipulováno a probíhá příprava dílů na následující operaci. Stanovenou rozešívku po pěti kusech lze tedy považovat za optimální. Stanovení konkrétního typu jehly má vliv na míru její deformace v okamžiku prostupu vrstvami materiálu, přičemž se jedná zejména o tloušťku, hrot a povrchovou úpravu šicí jehly.
Měření předepsaných šicích specifikací je prováděno pomocí kovového milimetrového měřítka, které je součástí každého stroje. Kontrola kvality nitě na stehu je prováděna vizuální kontrolou pracovníkem, který danou operaci provádí a ručí za 100%
kvalitu provedených operací.
52 Prostředí, pod kterým je zde uvedena teplota a vlhkost, má vliv zejména na kvalitu materiálu. Prašnost prostředí se může projevovat usazováním nečistot na šicí niti, které poté působí jako abrazivum a mohou způsobit mechanické opotřebení šicích jehel.
Obr. 3-4 Ishikawův diagram příčin a následků
Prostřednictvím Ishikawova diagramu byly specifikovány příčiny, které mají přímý dopad na třepení nitě na štepu.
3.3 Návrh řešení
Řešení výše specifikovaného problému bude zaměřeno na životnost a mechanické opotřebení šicích jehel. Cílem je sestavení testů, prostřednictvím kterých budou shromážděny informace četnosti výměny jehel na dvojjehlových štepovacích strojích, díky nimž bude následně určena životnost jehel. U sběrem získaných jehel je také nutno prostřednictvím mikroskopického pozorování určit typické vady šicích jehel, jejich příčiny a četnosti výskytů jednotlivých opotřebení.
Druhá část testů bude zaměřena na povrchové úpravy strojních šicích jehel, které budou testovány na jednom typu stroje. Testována bude životnost stávající chromované jehly od firmy Schmetz o jemnosti 140 Nm a hrotu typu R a její alternativou bude jehla s povrchovou úpravou nitridu – titanu od výrobce Groz – Beckerd o stejných parametrech.
V testu bude zohledněno působení chladícího zařízení ouška šicí jehly a proběhne dokumentace stavu opotřebení šicí jehly po jednotlivých směnách. Ze získaných dat bude
53 vyhodnocením získána nejvhodnější kombinace povrchové úpravy a popřípadě potvrzena či vyvrácena nutnost přítomnosti chladícího zařízení. Výsledky testů budou podkladem pro následné zpracování návrhu opatření proti třepení nitě na štepu v závislosti na finanční náročnosti návrhu.
54
4 Organizace plošného sběru
Pro stanovení životnosti šicí jehly na kožených potazích ve stávající výrobě je nutno zjistit četnost výměny jehel. Jelikož neexistují v současné době záznamy o spotřebách jehel, byl zorganizován tzv. plošný sběr, který spočíval ve sběru jehel z vytypovaných šicích strojů. Byly sbírány jehly použité na šití kožených potahů a to konkrétně u modelů LEATHER a R-DESIGN LEATHER. Představou bylo shromáždit alespoň 10 jehel z každého stroje jako podklad pro následné vyhodnocení plošného sběru, které by bylo možno provést v několika směrech. Realizaci prvního vyhodnocení lze provést v průběhu plošného sběru a to průběžným pozorováním opotřebení jehel pod makroskopem a stanovením nejběžnějších typů mechanických opotřebení šicích jehel. Ke každému typu opotřebení je třeba definovat důvod jeho vzniku a provést analýzu významnosti konkrétních opotřebení v závislosti na kvalitě nitě. Dále je možno zaznamenávat četnosti výskytů jednotlivých typů opotřebení a získat tak přehled o nejčastěji se vyskytujících opotřebeních. Pozornost bude zaměřena i na produktivitu jednotlivých dílen a v závislosti na zatížení stojů bude stanovena nejvhodnější jednotka pro určení životnosti šicí jehly. Po získání potřebného počtu dat bude určena životnost šicí jehly v předem stanovených jednotkách.
Sběr probíhal na dvou dílnách a to na dílně Y283 a Y413. V každé z dílen probíhal sběr dat ve dvou buňkách, šijících levý a pravý FB. Tyto buňky byly vybrány z důvodu dlouhého šití na štepovacích strojích a z hlediska významnosti tohoto potahu v rámci automobilu. V každé z buněk byly vybrány 3 stroje, vždy dvě dvojjehly a jedna dvojjehla odskočená. Na stroj byl umístěn formulář (viz příloha A), do něhož měli zaměstnanci umisťovat opotřebené jehly, přičemž desky formuláře byly opatřeny pokyny pro sběr jehel.
Obrázek 4-1 znázorňuje označené testovací pracovní místo s pokyny pro sběr jehel.
Obr. 4-1 Označení pracovního místa, kde probíhá plošný sběr
55 4.1 Druhy opotřebení jehel z výroby a jejich příčiny
Mechanické opotřebení šicích jehel je typickým projevem únavy materiálu při dlouhodobém namáhání, který by se v ideálních podmínkách měl vyskytovat pouze na hrotu šicí jehly, u kterého dochází při dlouhodobém použití k deformacím. Ideálními podmínkami je myšlen přímočarý pohyb jehly, od kterého není jehla odváděna působením systematických ani náhodných vlivů a nedochází tak ke tření jehly se stehotvornými součástmi stroje. K ideálním podmínkám patří také perfektní seřízení šicích strojů a vhodné nastavení počtu otáčet za minutu.
Ve výrobě automobilových potahů však není možné, z důvodu použitých materiálů a vysokého pracovního tempa, ideální podmínky zajistit. Šicí stroje jsou v převážné většině nastaveny na hranici svých možností, které jsou významně vzdáleny od doporučení výrobců. Mnohé součásti šicích strojů jsou mechaniky běžně upravovány tak, aby byla jakýmkoli způsobem zajištěna jejich správná funkce a docházelo k minimalizaci problémů při konkrétních podmínkách šicího procesu. Zátěž šicích strojů se samozřejmě projevuje také na typu a rozsahu opotřebení šicí jehly.
4.1.1 Uložení jehel a stehotvorné součásti štepovacího stroje
Dříve, než budou charakterizována jednotlivá opotřebení jehel, je nutné si uvědomit, jak jsou jehly v jehelní tyči dvoujehlového šicího stroje s vázaným stehem uloženy a kterými součástmi mohou být mechanicky opotřebeny. Pro názornou ukázku byly pořízeny fotografie umístění jehel, tělesa chapače a otvorů ve stehové desce.
Jehly jsou v jehelní tyči umístěny vedle sebe, vždy návlekovými stranami k sobě a chapačovými stranami ven, směrem k chapačům viz obr. 4-2a. Chapač, jehož části jsou popsány na obrázku 4-2b, se otáčí okolo osy a v místě vybrání jehly zachytává hrotem vytvořenou smyčku nitě, která vzniká pohybem jehly vzhůru z dolní úvrati do zacházky, což činí cca 2 mm. Před zachycením smyčky dochází vlivem chrániče chapače k mírnému odtlačení jehly směrem od chapače, čímž je zajištěn větší prostor pro zachycení smyčky.
Vzdálenost chrániče i celého chapače vzhledem k jehle lze regulovat.
56 Obr. 4-2 Uložení jehel a těleso chapače
Jehly jsou vedeny nejprve otvory v patce horního podávacího ústrojí a dále vstupují pod stehovou desku skrz otvory spodního podávacího ústrojí, které se nazývají průpištnice, viz obr. 4-3.
Obr. 4-3 Průpištnice spodního podavače
4.1.2 Mechanická opotřebení jednotlivých částí šicí jehly
Jehlu lze, dle typu sledovaných opotřebení, rozdělit na několik částí, u kterých je možno charakterizovat příčinu vzniku vady. Při pohledu na jehlu z profilu, lze stanovit 3 základní šířkové oblasti, u kterých je předpoklad stejné příčiny mechanického opotřebení.
Jelikož se příčina mechanického opotřebení jehel bude lišit v oblasti ouška jehly z návlekové a chapačové strany a rovněž v oblasti pod ouškem jehly, ve vybrání z chapačové strany a v niťové drážce z návlekové strany, budou tyto oblasti charakterizovány samostatně. Bude tedy charakterizováno 5 základních částí šicí jehly, jak je znázorněno na obr. 4-4 a příčiny vzniku jejich opotřebení.
a b
57 Obr. 4-4 Rozdělení šicí jehly na 5 základních částí
Pro názornou ukázku typického opotřebení jehel byla vybrána extrémně opotřebená jehla 160 Nm z dílny Y413, která šila po dobu 95 hodin a bylo na ní odšito 1830 ks potahů.
Doplňující fotografie jsou přiloženy z Testu povrchových úprav, který bude dále popsán.
Hrot špice jehly je nejvíce namáhaná část jehly, neboť při každém vpichu překonává odpor materiálu. Špice je deformována (viz obr. 4-5a) průnikem několika vrstev koženého materiálu a změnami počtu vrstev materiálu v případě prošívání křížových švů, čímž je také jehla vychylována ze své osy šití směrem od chapače. K dalšímu vychylování jehly dochází při posuvu a manipulaci s materiálem v průběhu šití, přičemž může dojít k nárazům na stehovou desku nebo k tření o okraje průpištnice. Ke tření jehel o okraj průpištnice dochází zejména u silných jehel 160 Nm, na obrázku 4-5b, které mají vlivem své tloušťky oproti slabším jehlám menší prostor v otvoru průpištnice. Opatřením mechaniků je zvětšení otvoru průpištnice, čímž dojde i u vyosené jehly k menší pravděpodobnosti nárazu. Tvar poškozené špice se liší dle intenzity a místa dopadu hrotu.
Obr. 4-5 – Poškozená špice a sražený hrot šicí jehly
a b
58 Ouško jehly je nejvíce tepelně namáhanou částí šicí jehly, z důvodu vzniku velkých třecích sil při průchodu materiálem. Rozšiřujícím se průměrem špice až k oušku jehly vzniká v materiálu otvor příslušné velikosti a zvyšuje se také teplota. Důvod vzniku mechanického opotřebení se na chapačové a návlekové straně liší.
Návleková strana jehly je typická naraženými a vybroušenými plochami na bočních stranách ouška, jak je patrno z obrázku 4-6a, které se na jehlách z různých strojů liší umístěním. Zřídkakdy je na návlekové straně pozorováno obroušení špice pod ouškem v místě, kde končí niťová drážka. Tato opotřebení jsou důsledkem vychýlení jehly směrem od chapače, které je způsobeno při prostupu jehly čtyřmi vrstvami materiálu. Ouško jehly tak přichází do styku s okrajem průpištnice a dále se spodní hranou podavače pod stehovou deskou. V případě, že jehla není v jehelní tyči upevněna správně a je mírně pootočena, dochází k nerovnoměrnému opotřebení ouška jehly po stranách, přičemž vzniká na jedné straně opotřebení mnohem hlubší. Opatřením mechaniků je v tomto případě zvětšení otvorů průpištnice, které slouží k prevenci tření s jehlou.
Na chapačové straně se opotřebení ouška vyskytuje nejčastěji v horní části, viz obrázek 4-6b, kde je vyvýšený zakulacený přechod z ouška do vybrání opotřebováván spodní hranou hrotu chapače a při zpětném chodu stroje chráničem chapače. Tato opotřebení vznikají při těsném seřízení pozice chapače a jehly z důvodu prevence vynechání stehu. Při pohybu jehly vzhůru dochází k dotyku horní strany ouška se spodní hranou hrotu chapače, který se při rotaci chapače rozšiřuje a ouško jdoucí nahoru klouže dále po stěně hrotu chapače. V případě, že je jehla úmyslně pootočena směrem k chapači, aby došlo ze zvýšení pravděpodobnosti záchytu smyčky, dochází k většímu mechanickému opotřebení ouška na pravé straně. Úkolem chrániče chapače je mírné posunutí jehly, která se pohybuje z dolní úvrati do zacházky, dál od chapače, přičemž se dotýká špice jehly v místě ukončení niťové drážky, kde následkem tohoto působení vzniká zbroušená plocha, viz obrázek 4-6c. Vychýlením jehly od chapače vzniká větší prostor pro zachycení smyčky chapačem. Při zpětném chodu stroje může chránič chapače mechanicky poškozovat jehlu v horní části ouška.
59 Obr. 4-6 Druh opotřebení ouška jehly
Niťová drážka a vybrání se nachází v pokračování ouška jehly, kde tření a tepelné namáhání klesá, neboť otvor potřebný pro průchod jehly materiálem byl již vytvořen.
Typickým opotřebením na návlekové straně jsou mírně odřené delší úseky hrany niťové
Typickým opotřebením na návlekové straně jsou mírně odřené delší úseky hrany niťové