Робототехнические компоненты с высокими допусками: руководство по прецизионному литью под давлением

Прецизионное литье под давлением — это основная технология, которая устраняет узкие места в производительности компонентов роботов. Если в роботе допущена ошибка микрометрической шкалы, это может привести к выходу из строя шарнирной передачи или недостаточной точности позиционирования.

Поскольку фабрики, использующие автоматизацию так же, как люди-операторы, стремятся достичь как высокой точности, так и безопасности, накопление допусков стало основным источником критических моментов в работе продуктов разработчика.

Помимо сокращения затрат на сборщиков, за счет прецизионное литье под давлением , фирмы также могут повысить долговечность своей продукции.

Говорят, что этот метод позволяет очень надежно поддерживать допуски размеров в пределах 0,01 миллиметра , тем самым устраняя около 90% физических отклонений размеров и сокращая вторичные производственные затраты более чем на 20%.

Обзор основного контента

Ключевые выводы

• Микрометрический контроль уровня:

Оптимизация на микросекундном уровне с помощью точек переключения VP помогает устранить почти 90% колебаний физических размеров. Фактически это означает, что суставы робота можно позиционировать очень точно , и их положение не сильно отклоняется от заданного диапазона.

• Изотропное преимущество:

Детали прототипа, отлитые под давлением, имеют прочность на растяжение в направлении Z на 40% выше, чем детали, напечатанные на 3D-принтере. Кроме того, они больше похожи на детали функциональной проверки.

• Ведущая рентабельность алюминиевых форм:

При мелкосерийном производстве менее 5000 штук алюминиевые формы могут сэкономить около 50% затрат на пресс-формы, что является очень большим сокращением инвестиций при мелкосерийном производстве.

• Стабильность материала:

Наряду с повышением температуры формы до 120 градусов Цельсия и выше, это обеспечивает очень эффективное предотвращение смещения размеров кристаллических материалов даже в сложных условиях.

Почему стоит выбрать прецизионное литье под давлением JS Precision? Опыт производства робототехнических компонентов

Если вы хотите производить прецизионное литье деталей роботов под давлением, основным фактором вашего решения будет снижение рисков производства и стабильность/защита прибыли. Для выполнения таких требований вам понадобится опытный и технически надежный партнер.

Если вы выберете JS Precision, вы получите профессиональную поддержку при литье под давлением деталей роботов, ориентированных на высокоточную работу. Компания оказала помощь более чем 50 производителям роботов по всему миру, предлагая индивидуальные решения, включая промышленных роботов, коллаборативных роботов и другие области .

Это следует буквально международно признанному Стандарт ISO 9001:2015 Это означает, что физические характеристики ваших партий продукции постоянно проверяются в соответствии с высокими требованиями точности, обеспечивая тем самым соблюдение ваших стандартов качества.

Возьмем, к примеру, европейского производителя коллаборативных роботов , который столкнулся с проблемой, очень похожей на вашу: низкие допуски по качеству отлитых под давлением соединений робота приводят к тому, что робот не может выполнять высокоточное позиционирование, поэтому график запуска продукта задерживается.

Если вы сообщите JS Precision о вашей проблеме, она рассмотрит ее и предложит решение, то есть улучшит допуск ваших деталей до 0,01 мм за счет настройки процесса литья под давлением с помощью научного литья под давлением и проектирования DFM, что в конечном итоге приведет к снижению вашего процента брака с 18% до 0,5%, тем самым сэкономив вам более 30 000 долларов США на производственных затратах в месяц и со временем уменьшив потери.

Выбор JS Precision означает для вас гораздо больше, чем просто стабильное качество продукции и эффективную доставку. Это решение, которое позволит вам постоянно сокращать расходы и повышать свою конкурентоспособность, что в конечном итоге приведет к получению вами преимущества в производстве компонентов роботов.

Если у вас возникли проблемы с точностью и стоимостью компонентов роботов, свяжитесь с JS Precision прямо сейчас, чтобы получить бесплатную индивидуальную консультацию с инженером, чтобы определить наиболее подходящее для вас решение для прецизионного литья под давлением.

Почему прецизионное литье под давлением имеет решающее значение для компонентов роботов нового поколения?

Прецизионное литье под давлением является одним из наиболее эффективных способов достижения микронной точности . Это существенно влияет на точность позиционирования и срок службы высокоточных роботов. Фактически, он служит мостом между этапом проектирования и массовым производством, что делает его ключевой частью процесса.

Например, на основе АНСИ/АСМЕ Б46.1-2019 Для высокоточных компонентов требуется уровень точности IT6 или IT7 . Достижение такой высокой точности возможно только при использовании специализированных методов прецизионного литья под давлением.

Это один из основополагающих факторов, участвующих в производстве высококачественных деталей.

Соответствие микронным требованиям к точности соединений роботов

Коллаборативные роботы имеют точность повторяемости менее 0,05 мм, что эквивалентно деталям, отлитым под давлением, с допусками уровня IT6 или IT7.

Несоответствие вала или отверстия на 0,01 мм приведет к вибрации конечного эффекта, что приведет к нарушениям в работе суставов робота и в конечном итоге повлияет на общую производительность робота .

Влияние совокупных механических допусков на точность позиционирования

В трансмиссионной цепи, состоящей из различных компонентов робота, общий допуск определяется методом среднеквадратического значения RSS. Таким образом, пять деталей, каждая из которых имеет допуск 0,03 мм, могут привести к отклонению концевого эффектора более 0,1 мм, что делает задачу компенсации алгоритма более сложной, если не невозможной.

Проще говоря, это похоже на игру в домино: невероятно малые неточности в каждом компоненте складываются, что в конечном итоге приводит к тому, что рабочий орган робота не может физически достичь намеченной точки с точностью.

Точно так же, как человек ходит, если каждый шаг немного смещен от центра, конечное местоположение будет существенно отличаться.

Повышение точности компонентов для оптимизации затрат на сборку и увеличения срока службы продукта

Использование высокоточных компонентов робота позволяет осуществлять сборку вслепую, что является одним из основных преимуществ этого процесса, сводит к минимуму ремонтные работы и приводит к снижению затрат на вторичную обработку до 20%.

Более того, снижение износа компонентов не только приводит к увеличению срока службы коробки передач более чем на 30 % , но также является одним из основных преимуществ этого процесса.

Хотите знать, как избежать накопления допусков и снизить затраты на сборку? Загрузите наш бесплатный информационный документ по прецизионному литью под давлением роботизированных соединений, чтобы получить подробные технические рекомендации.

Рис. 1. Металлическая литьевая форма с соединенными синими линиями, показанная рядом с желтыми пластиковыми компонентами робота, иллюстрирующая инструменты, используемые в точном производстве.

Каковы ключевые конструкции стратегий литья под давлением сложных соединений роботов?

Основная идея проектирования для производства (DFM) для суставы робота балансирует потребность в структурной прочности и стабильности размеров.

Помимо обеспечения высокой точности деталей и экономии производственных затрат, другие основные методы включают в себя регулировку толщины стенок и соотношение усиливающих ребер во избежание усадки и деформации , а также разработку правильных углов уклона для предотвращения повреждений при извлечении из формы.

Регулировка соотношения толщины ребер и стенок для контроля усадки

Усадка толстостенных участков ухудшит точность установки корпусов подшипников. Основная идея здесь состоит в том, чтобы ограничить толщину основания ребра 50–67 % толщины прилегающей стенки.

Это также имеет основополагающее значение при проектировании литья под давлением для упорядочения структуры, устранения усадки и поддержания плоскостности поверхности.

Регулирование угла наклона зубчатых передач с высоким крутящим моментом

Передаточные шестерни или шлицы, предназначенные для очень точных механических операций, требуют регулирования угла наклона в пределах 0,5-1 градуса . Это, наряду с полировкой поверхности пресс-формы класса SPI-A1 для снижения трения, облегчает извлечение из формы и снижает вероятность повреждения детали.

Роботизированные концевые эффекторы. Использование встроенных вставок посредством литья под давлением.

JS Precision использует автоматическую систему подачи, чтобы обеспечить прочное соединение металлической резьбовой вставки и подложки, и в то же время ограничивает соосность резьбы в пределах 0,02 мм, чтобы предотвратить ее ослабление во время использования.

Рис. 2. Рабочая станция с двумя мониторами, отображающая 3D-модели и инженерные чертежи для проектирования сложных соединений робота.

Как добиться сверхжестких допусков при литье под давлением для деталей высокопроизводительных роботов?

Достижение сверхточности допуски при литье под давлением требует микросекундного управления замкнутым контуром параметров процесса.

Это означает, что для стабилизации размеров кристаллического пластика необходим очень высокоточный регулятор температуры пресс-формы, а также точная установка точки переключения VP, а затем использование научных данных литья под давлением для обеспечения единообразия деталей.

Как контроль температуры пресс-формы влияет на стабильность размеров PEEK и POM

Температура формы имеет решающее значение, поскольку она влияет на кристалличность материала, что впоследствии определяет усадку и стабильность размеров.

Таким образом, используя регулятор температуры пресс-формы, мы обеспечиваем поддержание разницы температур в пределах ± 1 ℃. Таким образом, кристаллизация становится однородной, а размерный дрейф уменьшается из-за изменений температуры окружающей среды.

Смягчение колебаний допусков за счет микросекундной оптимизации точки переключения давления

JS Precision удается удерживать отклонение переключения VP в пределах 0,1 мм, что, в свою очередь, приводит к колебаниям массы деталей менее 0,2%.

Основная причина, по которой допуски при литье под давлением постоянно соответствуют стандартам, заключается в том, что точный контроль времени переключения обеспечивает одинаковые условия литья для каждой детали робота.

Рис. 3. Человек с помощью цифрового штангенциркуля измеряет размеры белого, отлитого с высокой точностью компонента робота.

Является ли литье прототипов под давлением лучшим способом проверки работоспособности роботизированных сборок?

Литье прототипов под давлением считается лучшим методом проверки кинематической надежности робототехнических систем. Этот метод обеспечивает единообразные характеристики материала, соответствующие характеристикам изделий массового производства, что является значительным шагом вперед по сравнению с 3D-печать .

Кроме того, литье под давлением помогает вам быстро выявить проблемы конструкции и предотвратить сценарии брака до того, как вы приступите к массовому производству.

Чем отличаются детали, напечатанные на 3D-принтере, и детали, изготовленные методом быстрого литья под давлением

Детали, изготовленные с помощью 3D-принтеров FDM/SLA, имеют слабые места между слоями и не могут воспроизвести механические свойства и устойчивость к износу деталей, отлитых под давлением.

Кроме того, детали, отлитые под давлением, обладают прочностью на растяжение по оси Z более чем на 40% выше, чем у деталей, напечатанных на 3D-принтере. Это ключевой фактор их пригодности для работы с высоконагруженными роботизированными соединениями.

Использование мелкосерийного пробного производства для проверки надежности механизма робота

С финансовой точки зрения разумно подтвердить взаимодействие движений при быстром формовании, прежде чем выбирать массовое производство.

JS Precision проводит испытания на усталость компонентов прототипов в течение 1000 циклов , собирая данные об износе, которые затем используются для выявления проблемных областей и создания условий для стабильного массового производства деталей роботов.

Хотите понять реальный эффект литья прототипов под давлением? Нажмите, чтобы просмотреть примеры проверки прототипов компонентов роботов JS Precision, чтобы понять конкретный процесс применения.

Рис. 4. Два техника совместно тестируют схему черного компонента руки робота на верстаке.

Когда следует выбирать алюминиевую литьевую форму для мелкообъемного роботизированного производства?

В области робототехники, где преобладает большое разнообразие и мелкосерийное производство, алюминиевая литьевая форма обеспечивают очень высокую отдачу от инвестиций .

Поскольку алюминий обладает отличной способностью рассеивать тепло, время производства можно сократить на 20–30 %, поэтому его чаще всего используют для быстрого прототипирования и мелкосерийного производства.

Анализ затрат на окупаемость инвестиций в крупносерийное мелкосерийное производство в робототехнической промышленности

Цена алюминиевой формы 7075 составляет всего 40–60% от стоимости стальной формы P20, а срок поставки сокращается до 10–15 дней. Таким образом, при мелкосерийном производстве менее 5000 штук затраты на пресс-форму могут быть сокращены почти на 50%.

Высокое тепловыделение алюминия сокращает производственный цикл

Скорость теплопередачи алюминия значительно выше, чем у стали, в результате чего время охлаждения сокращается более чем на 30%, что позволяет избежать деформации толстостенных деталей и сократить производственный цикл в целом, что облегчает быстрый вывод продукции на рынок.

Ограничения срока службы алюминиевых форм при работе с модифицированными пластиками, армированными волокном

Использование материала с содержанием стекловолокна более 30% значительно снижает срок службы алюминиевых форм (обычно в пределах 5000 циклов формования).

Стальные формы рекомендованы для эксплуатации более 5000 штук. Алюминиевые формы являются наиболее экономически эффективным вариантом для мелкосерийного производства , а также помогают контролировать затраты на производство деталей роботов.

Каковы проблемы с выбором материалов для быстроизнашивающихся компонентов роботов?

Компоненты робота суставам необходимо сбалансировать самосмазку и высокую жесткость при высокочастотном трении.

При внедрении высокоэффективных полимеров, таких как PPA, армированный углеродным волокном, и модифицированный PPS, контроль изменений колебаний усадки является обязательным, а оптимизация DFM, в свою очередь, может использоваться для решения проблемы вентиляции впрыском под высоким давлением.

Степень усадки высокопроизводительного полимерного прецизионного литья под давлением

Усадка материалов, армированных углеродным волокном, зависит от направления ориентации волокон. Фактически разница между усадкой вдоль направления потока и усадкой в ​​перпендикулярном направлении может быть весьма существенной.

Наш подход заключается в том, чтобы заранее компенсировать такие отклонения посредством анализа текучести пресс-формы и этапов оптимизации процесса, обеспечивая тем самым точность размеров.

По сути, материалы, армированные углеродным волокном, похожи на текстурированную деревянную доску тем, что степень усадки в направлении волокон отличается от скорости усадки в направлении, перпендикулярном волокнам.

Сначала мы определяем эту разницу, а затем компенсируем ее во время проектирования пресс-формы, чтобы детали после формования не деформировались и/или не имели отклонений размеров, то есть смещения строительных блоков.

Решение технологии вентиляции и улавливания воздуха при литье под давлением материалов высокой жесткости

Поскольку высокоэффективные материалы должны подвергаться очень высокому давлению впрыска, вполне естественно возникновение таких дефектов, как подгорание и пузырьки воздуха.

Чтобы предотвратить подобные дефекты, мы спроектировали прецизионные вентиляционные каналы глубиной 0,015 мм, позволяющие сразу выходить газу из полости формы, гарантируя тем самым стабильность качества деталей для соединений роботов.

Как обеспечить единообразие качества деталей роботов массового производства?

Для поддержания качества продукции при массовом производстве части робота , необходимо иметь систему мониторинга на уровне Индустрии 4.0.

Эта система представляет собой сочетание компьютерной томографии, координатно-измерительных машин (КИМ) и регистрации кривой давления в режиме реального времени при формовке, что обеспечивает полную прослеживаемость процесса и гарантирует поставку продукции без дефектов.

Использование КТ и КИМ для мониторинга ключевых параметров

Мы комбинируем использование компьютерных томографов и КИМ для проверки размеров наших более сложных, а иногда и недоступных элементов, таких как внутренние отверстия, а также несъемные детали в сборке.

КИМ гарантирует, что пространственные допуски находятся в пределах 5 микрометров , что позволяет удовлетворительно выполнять критические требования по контролю размеров деталей робота.

Индустрия 4.0 Уровень отслеживания кривой давления в реальном времени

Кривая давления на этапе выдержки в процессе литья под давлением записывается для каждого цикла формования и используется в качестве цифровой проверки качества.

Когда обнаруживается отклонение точности производства, можно определить точки колебания давления, обратившись к записям, без каких-либо задержек внести необходимые корректировки в параметры, предотвратить списание партии и продолжить стабильное массовое производство деталей робота.

Пример использования JS Precision: решение для литья под давлением корпуса высокоточного редуктора

Корпуса редукторов для робототехники с функциями совместной работы являются основным оборудованием для этих роботов, и изменение точности этих компонентов напрямую повлияет на их эффективность передачи мощности, а также на уровень шума.

Ниже показано, как JS Точность определяет проблемы высокоточного литья под давлением и предлагает решения, которые приносят пользу ее клиентам.

Предыстория и цели

Производитель коллаборативных роботов спешил изготовить высокоточный корпус редуктора гармоник. Основной материал детали должен был быть PA66+30%GF, а допуск на внутренний диаметр посадочного места подшипника должен был составлять 0,01 мм без геометрической деформации вообще.

Производство прототипа исходным поставщиком не соответствовало спецификации, что привело к задержке плана по выводу продукта на рынок.

Технические проблемы и извлеченные уроки

Первоначальная партия прототипов показала анизотропную деформацию 0,15 мм. Неравномерное распределение стекловолокна привело к деформации посадочного места подшипника, что привело к снижению эффективности трансмиссии на 18%.

Неравномерное охлаждение и неправильно установленное давление выдержки при традиционной обработке приводили к усадке и растрескиванию деталей.

Подробное решение JS Precision

На основе извлеченных уроков наша инженерная команда внесла изменения в наш технический подход:

• Мы провели новый анализ текучести пресс-формы, изменили конструкцию трехточечного симметричного веерообразного затвора и использовали результаты моделирования, чтобы обеспечить равномерное распределение стекловолокна по окружности подшипника, тем самым сводя к минимуму различия в анизотропной усадке.
• Был внедрен двухконтурный высокопроизводительный регулятор температуры формы, который идеально стабилизирует изменения температуры в зоне сердцевины формы в пределах 1 градуса Цельсия, тем самым обеспечивая равномерную кристаллизацию PA66 внутри полости формы.
• Внедрение Scientific Molding – с помощью датчиков давления для фиксации точки переключения VP и ограничения отклонения переключения до 0,05 мм. Кроме того, используется многоступенчатая технология поддержания микродавления , чтобы компенсировать усадку без увеличения напряжения.

Окончательные результаты

1. Прецизионные допуски:

Допуск внутреннего диаметра в критическом положении подшипника остается стабильным и составляет 0,008 мм, что значительно превышает требование заказчика в 0,01 мм.

2. Повышение эффективности:

Благодаря оптимизированной конструкции канала охлаждения время цикла сократилось с 45 до 38 секунд, что позволило повысить эффективность на 15%.

3. Качество исполнения:

Уровень квалификации массового производства увеличился с 82% до 99,5%, что полностью устраняет необходимость в обработка с ЧПУ на более позднем этапе. Шум редуктора клиента снижен на 4 децибела, что значительно повысило рыночную конкурентоспособность конечного продукта.

• Отзывы клиентов:

« JS Precision продемонстрировала большую инженерную прозрачность. Они не просто рассказали нам о рисках концентрации напряжений в нашей первоначальной конструкции. Они даже вовлекли нас в процесс контроля допусков, поделившись научными данными по литью под давлением.

Этот комплексный сервис, от обучения на ошибках до решений с замкнутым циклом, позволил нам успешно и раньше запланированного срока запустить продукт», — главный технический директор проекта (CTO).

Сталкиваетесь с аналогичными проблемами высокоточного литья под давлением? Отправьте свои 3D-чертежи в JS Precision, чтобы получить индивидуальные решения для точного литья под давлением и бесплатную смету затрат.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1: Каков максимальный допуск, достижимый при прецизионном литье под давлением?

Как правило, его можно стабильно удерживать на уровне 0,02 мм, а индивидуальные формы и методы могут достигать даже 0,01 мм, что полностью удовлетворяет требованиям высокоточных компонентов роботов.

Вопрос 2: Почему не рекомендуется использовать 3D-печать прототипов для суставов роботов?

Детали, напечатанные на 3D-принтере, имеют слабые места слоев, поэтому невозможно смоделировать изотропные механические свойства, а также износостойкость деталей, отлитых под давлением, и, следовательно, они не могут точно показать рабочее состояние соединений робота.

В3: Для какого объема производства подходит литье алюминия под давлением?

Обычно литье алюминия под давлением является хорошим выбором для мелко- и среднесерийного производства от 500 до 5000 деталей, в зависимости от абразивности материала. Данная производственная номенклатура обеспечивает максимальную экономию средств за счет использования алюминиевых литьевых форм.

Вопрос 4: Как уменьшить следы усадки в тонкостенных деталях робота?

Чтобы значительно уменьшить следы усадки, толщину ребер жесткости следует поддерживать на уровне от 50% до 70% толщины основной стенки, а также обеспечить надлежащее выдерживание давления и точный контроль температуры формы.

Вопрос 5. Какие материалы лучше всего подходят для изготовления пластиковых соединений роботов, способных выдерживать очень быстрые движения?

Такие пластмассы, как POM, PEEK и улучшенный PA66 + PTFE или углеродное волокно, обладают высокой эффективностью благодаря точному балансу самосмазывания и высокой жесткости для применения в условиях высокочастотного трения.

Вопрос 6. Какие шаги предпринимает JS Precision для обеспечения максимальной реалистичности материалов?

Мы выдаем полные сертификаты авторизации (COA) на материалы и предоставляем отчеты об испытаниях физических характеристик каждой партии, тем самым гарантируя, что материалы соответствуют стандартам клиента, и эффективно предотвращая использование некачественных материалов.

Вопрос 7: Как добиться стабильности размеров деталей, отлитых под давлением, при экстремальных температурах?

Благодаря использованию материалов с низким коэффициентом теплового расширения (например, минералов), а также использованию постобработки для снятия внутренних напряжений, мы можем производить литьевые изделия, которые почти не меняют свои размеры даже при очень высоких или очень низких температурах.

Вопрос 8. Какой самый быстрый способ получить ценовое предложение от JS Precision?

Все, что вам нужно сделать, это просто загрузить свои 3D-чертежи (формат STEP или IGS), и наши инженеры не только предоставят вам отзыв DFM, но и подробное быстрое ценовое предложение в течение 24 часов, совершенно бесплатно и без каких-либо препятствий.

Краткое содержание

Прецизионное литье под давлением играет решающую роль в преодолении пределов точности деталей роботов. Каждый этап, от оптимизации DFM до научного контроля литья под давлением , способствует достижению максимальной производительности компонента.

Используя свои обширные знания в области сложных деталей, JS Precision поможет вашей организации в решении вопросов, касающихся точности, стоимости и времени цикла, а также поможет повысить качество вашей роботизированной продукции.

Хотите повысить точность деталей вашего робота? Свяжитесь с JS Precision, загрузите свои 3D рисунки и получите бесплатную экспертную оценку DFM вместе с быстрым ценовым предложением по конкурентоспособной цене. Присоединяйтесь к нам в создании более конкурентоспособной роботизированной продукции.