Treść niniejszej monografii odnosi się do problemów związanych z organizacją procesów produkcyjnych i technologicznych, jak również do rozwoju innowacji procesowych i produktowych w produkcji wybranej grupy kompozytów magnetycznych. Proces produkcji materiałów kompozytowych o unikalnych właściwościach magnetycznych jest procesem bardzo złożonym, a ze względu na bardzo dużą zmienność procesu wytwórczego kluczowe jest, aby system produkcyjny miał znamiona rekonfigurowalnego systemu produkcyjnego, czyli aby posiadał zalety zarówno produkcji seryjnej, jak i elastycznych systemów produkcyjnych. Ogólna struktura opracowania obejmuje miedzy innymi tematykę: organizacji procesów produkcyjnych i technologicznych w świetle zmian przemysłu, ustalenia zestawu kryteriów jakości dla wybranej grupy produktów, usystematyzowania parametrów użytkowych dla wyrobów z materiałów magnetycznie trwałych w odniesieniu do zmienności technik produkcji, projektowania procesu produkcyjnego z wykorzystaniem narzędzi Lean Production, jak również tematykę kreowania innowacji produktowych i procesowych w branży kompozytów magnetycznych na bazie proszków Nd-Fe,Co-B w odniesieniu do ekonomii i potrzeb rynku.
Główny cel niniejszej pracy odnosi się do wskazania kierunków rozwoju innowacji produktowych i procesowych w procesach wytwórczych kompozytów magnetycznych na bazie proszków Nd-Fe,Co-B. Analiza wstępnego projektu procesu na podstawie mapy strumienia wartości (VSM) pozwoliła na wytypowanie dwóch krytycznych kierunków rozwoju produktu i technologii. Pierwszy z nich obejmował przywrócenie pierwotnych cech materiału proszkowego wobec samorzutnej degradacji materiału w warunkach magazynowania i przetwarzania oraz zapobieganie utlenianiu proszków na bazie Nd-Fe,Co-B na każdym etapie przetwarzania.
Rozwiązaniami krytycznymi dla omawianych procesów produkcyjnych okazały się być techniki wstępnego przygotowania powierzchni cząstek proszku poprzez trawienie oraz enkapulację (biekapsulację) powierzchni cząstek proszku magnetycznego. W odniesieniu do proszków już powierzchniowo utlenionych zastosowano trawienie cząstek proszku w wodnych roztworach słabych kwasów organicznych lub też w roztworach związków kompleksujących, np. trawienie w wodnych roztworach kwasu cytrynowego lub szczawiowego. Natomiast w odniesieniu do zabezpieczenia powierzchni zastosowano technikę zabezpieczania powierzchni cząstek proszków warstwami i powłokami ochronnymi. Powłoki tego typu mają na celu zabezpieczenie powierzchni metalu przed intensywnym utlenianiem podczas operacji technologicznych.
Stwierdzono, że zaproponowane kierunki rozwoju produktu w oparciu o szereg parametrów z kryterium wytrzymałości eksploatacyjnej mają korzystny wpływ w aspekcie wskazanych celów szczegółowych pracy. Dodanie operacji technologicznych takich, jak trawienie cząstek proszku w wodnych roztworach słabych kwasów organicznych lub też w roztworach związków kompleksujących oraz zabezpieczenie powierzchni metalu w procesach enkapsulacji bienkapsulacji korzystnie wpływa na wytrzymałość eksploatacyjną wyrobu, gdyż skutecznie chroni przed intensywnym utlenianiem powierzchni cząstek proszku podczas operacji technologicznych. Techniki trawienia i zabezpieczania powierzchni cząstek proszku przyczyniają się do zwiększenia homogenizacji i równomiernego rozprowadzenia materiału spoiwa w objętości kompozytu magnetycznego. W pewnym stopniu ograniczają uszkodzenia mechaniczne na wszystkich etapach procesu produkcyjnego, a finalnie sprzyjają hamowaniu procesów korozyjnych gotowych materiałów.
Oceny skuteczności zastosowanych zmian w organizacji procesu dokonano na podstawie analizy powtarzalności procesu – powtarzalności pod względem spełnienia kryteriów zatwierdzających wyrób jako zgodny. Na podstawie przeprowadzonej statystycznej kontroli procesu można jednoznacznie stwierdzić, że procesy są stabilne i przewidywalne w swoim przebiegu, co dowodzi o możliwościach wdrożenia wskazanych innowacji.
The content of this monograph refers to problems related to the organization of production and technological processes, as well as to the development of process and product innovations in the production of a selected group of magnetic composites. The production process of composite materials with unique magnetic properties is a very complex process, and due to the very high variability it is crucial that the production system has the features of a reconfigurable production system, that is, it has the advantages of both serial production and flexible production systems. The overall structure of the study covers, among others, the themes of: organization of production and technological processes in the light of industry changes, establishing a set of quality criteria for a selected group of products, systematizing user parameters for products made of magnetically permanent materials with respect to variation of production techniques, designing the production process using Lean tools, as well as the themes of creating product and process innovations in the field of magnetic composites based on Nd-Fe,Co-B powders in relation to economics and market needs.
The main goal of this work is to indicate the directions of product and process innovations development in the production of magnetic composites based on
Nd-Fe,Co-B powders. The analysis of the initial process design based on the value stream mapping (VSM) allowed for the selection of two critical directions of product and technology development. The first one is in the context of spontaneous material degradation, and the second one, in the context of the surface oxidation inhibition.
The critical solutions for the discussed production processes have been the techniques of pre-treatment of the powder particles surface by etching and encapsulation of magnetic powder particles. With respect to the powders surface already oxidized, the powder particles have been exposed in aqueous solutions of weak organic acids or in solutions of complexing compounds, e.g. etching in aqueous solutions of citric acid or oxalic acid. However, with regard to surface protection, a technique of protecting surface coatings have been used. The powder particles single- or double-layer coating has been intended to protect the metal surface against intense oxidation during technological operations.
It has been found that the proposed directions of product development based on a number of operational parameters have a beneficial effect in terms of the specific work objectives indicated. The addition of technological operations such as the etching of powder particles in aqueous solutions of weak organic acids or in solutions of complexing compounds and the protection of the metal surface by encapsulation or biencapsulation positively affects the operational strength of the product. It effectively protects against intensive oxidation of the powder particles surface during technological operations. The techniques of powder particles etching and biencapsulation contribute to increased homogenization and uniform distribution of the binder material in the volume of the magnetic composite. To some extent, they limit mechanical damage at all stages of the production process, and ultimately favor the inhibition of corrosion processes of final materials.
The effectiveness evaluation of the changes applied to the process organization has been made on the basis of the process repeatability analysis – repeatability in terms of meeting the criteria approving the product as compatible. On the basis of statistical control of the process it can be clearly stated that the processes are stable and predictable in their course, which proves the indicated innovations implementation possibilities.
In der Monographie bezieht sich auf Probleme im Zusammenhang mit der Organisation von Produktions- und technologischen Prozessen sowie der Entwicklung von Prozess- und Produktinnovationen bei der Herstellung einer ausgewählten Gruppe von magnetischen Verbundwerkstoffen. Der Herstellungsprozess von Verbundwerkstoffen mit einzigartigen magnetischen Eigenschaften ist ein sehr komplexer Prozess. Aufgrund der sehr hohen Variabilität ist es entscheidend, dass das Produktionssysteme die Eigenschaften eines bestimmten Produktionssystems aufweist, d.h. die Vorteile sowohl der Serienproduktion als auch der flexiblen Produktionssysteme bietet. Die Gesamtstruktur der Studie umfasst unter anderem die Themen: Organisation von Produktions- und technologischen- Prozessen im Hinblick auf Branchenveränderungen, Festlegung eines Satzes von Qualitätskriterien für eine ausgewählte Produktgruppe, Systematisierung von Parametern für Produkt aus magnetischen Materialien unter Berücksichtigung der Variation von Produktionsprozess mit Lean-Tools sowie die Themen der Schaffung von Produkt. Der weitere Teil des Projektes ist Prozessinnovationen im Bereich magnetischer Verbundwerkstoffe auf Basis von Nd-Fe,Co-B-Pulver in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Marktbedürfnisse
entwickelt.
Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, die Entwicklung von Produkt- und Prozessinnovationen bei der Herstellung von magnetischen Verbundwerkstoffen auf Basis von Nd-Fe,Co-B- Pulver aufzuzeigen. Die Analyse des Ersten Prozessdesigns auf der Grundlage des Wertstrom-Mapping (VSM) ermöglicht die Auswahl von zwei kritischen Richtungsweisen der Produkt- und Technologieentwicklung. Der erste ist im Zusammenhang mit dem spontanen Materialabbau und der zweite im Rahmen der Oberflächenoxidationshemmung.
Die kritischen Lösungen für die diskutierten Produktionsprozesse sind die Verfahren der Vorbehandlung der Pulveroberfläche durch Ätzen und Verkapseln von magnetischen Pulverpartikeln. Im Hinblick auf die bereits oxidierte Pulveroberfläche wurden die Pulverpartikel in wässerigen Lösungen schwacher organischer Säuren oder in Lösungen von Komplexverbindungen, z.B. Ätzen in wässerigen Lösungen von Zitronensäure oder Oxalsäure, freigesetzt. Im Bereich des Oberflächenschutzes wird jedoch eine Technik zum Schutz von Oberflächenbeschichtungen eingesetzt. Die ein- oder zweischichtige Beschichtung der Pulverpartikel soll die Metalloberfläche vor intensive Oxidation während des technologischen Betriebs schützen.
Es wurde festgestellt, dass die vorgeschlagenen Entwicklungsrichtungen für Produkte, die auf einer Reihe von Betriebsparametern basieren, sich positive auf die angegebenen spezifischen Arbeitsziele auswirken. Die Zugabe von technologischen Verfahren wie das Ätzen von Pulverpartikeln in wässerigen Lösungen organische Säuren oder in Lösungen von Komplexbildern und der Schutz der Metalloberfläche durch Verkapslung wirkt sich positive auf die Betriebsfestigkeit des Produkts aus. Es schützt wirksam von einer intensiven Oxidation der Oberfläche während des technologischen Prozesses. Die Methoden des Ätzens von Pulverpartikeln und der Verkapslung führen zu einer erhöhten Homogenisierung und gleichmäßigen Verteilung des Bindemittels im Volumen des magnetischen Verbund. Bis zu einem gewissen Grad begrenzen sie mechanische Einwirkungen auf alle Phasen des Produktionsprozesses und fördern letztlich die Vermeidung von Korrosionsprozessen der Endmaterialien.
Die Wirkungsanalyse an der Prozessorganisation wird auf der Grundlage der Analyse der Prozessreproduzierbarkeit bestimmt. Die Reproduzierbarkeit ist im Hinblick auf die Erfüllung der Kriterien für die Genehmigung des Produkts als kompatible nachgewiesen. Auf die Grundlage der statistischen Kontrolle des Prozesses sind in ihrem Verlauf stabil und planbar, was die aufgezeigten Umsetzungsmöglichkeiten von Innovationen belegt.
