Проектирование для автоматизации: особенности литья под давлением, которые облегчают роботизированное обращение

Введение: Императив готовых к автоматизации инъекционных форм

Современные операции литья под давлением все чаще обращаются к роботизированной автоматизации для удовлетворения потребностей в более высокой пропускной способности, стабильном качестве и уменьшенной зависимости от рабочей силы. Однако успех автоматизации зависит не только от самого робота, но и от конструкции формы, которая его питает. Плесень, которая не предназначена для роботизированной обработки, может вызывать частые заторы, повреждение деталей и простои, сводя на нет преимущества автоматизации. Проектирование литьевых форм с учетом роботизированной обработки является стратегическим императивом, который непосредственно влияет на эффективность производства, качество деталей и отдачу от инвестиций.

В этой статье рассматриваются специфические особенности формы и философии дизайна, которые облегчают бесшовное удаление роботизированных деталей, ориентацию и вторичные операции.Понимая эти принципы, дизайнеры и производители формы могут создавать инструменты, которые работают в соответствии с системами автоматизации, открывая весь потенциал своих производственных линий.

Критическая роль дизайна дружественной к автоматизации формы

В традиционном формовании детали часто свободно падают из формы или удаляются вручную. Роботизированная обработка требует другого подхода. Роботы требуют предсказуемых, повторяемых положений и ориентаций деталей для эффективного функционирования. Без преднамеренных соображений дизайна детали могут придерживаться неправильной половины формы, падать в несогласованных ориентациях или иметь функции, которые трудно задействовать захватам. Эти проблемы приводят к задержкам цикла, увеличению лома и потенциальным авариям машины.

Удобный для автоматизации дизайн формы гарантирует, что каждый цикл производит детали, которые находятся в известном месте, с функциями, которые позволяют роботу надежно захватывать, перемещать и выпускать их. Это требует сотрудничества между дизайнерами формы, инженерами-технологами и интеграторами автоматизации с самых ранних стадий проектирования инструментов.

Ключевые особенности плесени для роботизированной обработки

Несколько конкретных элементов дизайна необходимы для обеспечения эффективной обработки деталей робота. Эти функции следует рассматривать как неотъемлемые части компоновки формы, а не как запоздалые мысли.

1.Единая часть Геометрия и ориентация

Роботы процветают на консистенции. Части должны иметь однородную геометрию от выстрела до выстрела, с минимальными вариациями из-за износа формы или дрейфа процесса. Конструкция формы должна поддерживать последовательную ориентацию детали в форме, как правило, с той стороной, которую нужно схватить лицом к роботу. Например, если робот выберет часть своей верхней поверхностью, эта поверхность должна быть четко определена и свободна от препятствий. Иногда это требует добавления небольших плоскостей или особенностей выравнивания, которые формованы.

2. Плоские и доступные поверхности для стрижки

Роботизированная инструментальная установка (EOAT), такая как присоски или механические захваты, нуждается в чистой, плоской и доступной поверхности для взаимодействия. Поверхности должны быть свободны от острых краев, высоких ребер или косметических поверхностей, которые могут быть омрачены контактом. В идеале, форма должна располагать обозначенную зону захвата, которая параллельна линии разбиения формы и свободна от следов раковины или углов наклона, которые могут вызвать проскальзывание. Для захвата всасывания необходима гладкая, непористая поверхность; для механических захватов учитывайте такие функции, как карманы или подрезы, предназначенные для положительного взаимодействия.

3. Стратегическое выбрасывание и размещение пин-кода нокаутом

Система выброса имеет решающее значение для надежного выпуска детали. Штыри эжектора, рукава или лопасти эжекторов должны быть размещены, чтобы толкать деталь равномерно, избегая искажения части. Образец выброса должен оставлять часть в предсказуемом положении относительно поверхности формы. Во многих настройках автоматизации робот входит в область формы, чтобы принять часть, пока она все еще находится на штырях эжектора или во время удара выброса. Поэтому размещение штыря должно оставлять четкие пути для захвата робота. Также полезно иметь определенное «положение захвата» - последовательное местоположение, где деталь полностью выброшена и готова к пикапу. Некоторые продвинутые формы включают датчики присутствия части, чтобы подтвердить, что деталь свободна до перемещения робота.

4. Минимизация прорезей и сложных разделительных линий

Подрезы усложняют выброс и часто требуют слайдов, подъемников или тяги ядра. Эти движущиеся компоненты добавляют сложность и потенциальные точки отказа для автоматизации. По возможности конструкции деталей должны быть адаптированы для устранения подрезов или перемещения их в сторону полости, где они могут обрабатываться стационарными функциями. Если подрезы неизбежны, они должны быть спроектированы с клиренсами, которые позволяют роботу приближаться без столкновения. Сложные линии разбиения также могут заставлять части прилипать непоследовательно; плоская, простая линия разбиения лучше всего подходит для роботизированного удаления.

5. Включение элементов обработки в часть

Иногда сама деталь может быть спроектирована для помощи роботизированной обработке. В качестве точек захвата могут служить такие особенности, как небольшие отверстия, боссы, ребра или вкладки. Например, отверстие в плоской поверхности может позволить роботу использовать штифт или расширяющийся захват. Вкладка может быть предусмотрена для вакуумной чашки, которая не будет работать на основной поверхности из-за текстуры. Эти особенности могут быть косметическими или структурными, но они должны быть расположены в областях, которые не мешают функции детали. Дополнительно добавление небольших ориентационных признаков, таких как выемка или асимметричный босс, может помочь системам зрения или механическим устройствам ориентации обеспечить правильную ориентацию детали для операций вниз по течению.

Комплексные проектные соображения для автоматизации

Помимо отдельных особенностей, вся конструкция формы должна быть оптимизирована для рабочего процесса робота, включая рассмотрение механической структуры формы, охлаждения и интеграции с периферийными устройствами автоматизации.

Стратегия открытия линии разъединения и формы

Робот обычно входит в форму со стороны оператора или стороны зажима. Линия разъединения должна обеспечивать четкий доступ робота без удара по галстукам, катапультным пластинам или другим препятствиям. Часто формы, предназначенные для автоматизации, имеют «сторону робота» - сторону, к которой робот приблизится - которая не содержит каких-либо выступающих компонентов. Шаг открытия формы также должен быть достаточным для того, чтобы EOAT робота входил и выходил без столкновений. Некоторые высокоскоростные системы используют «выносного робота», который получает деталь от вторичной пластины стриптизерши, сокращая время открытия формы.

Система эжекторов и последовательность ударов

Штрих выброса должен быть достаточно длинным, чтобы полностью очистить деталь от любых штифтов или деталей полости ядра, но не настолько длинным, чтобы деталь летала неконтролируемо. Для роботов, которые выбирают деталь, пока еще находятся на штифтах, последовательность выброса может быть синхронизирована с движением робота. Для этого требуется интерфейс управления между молдинговой машиной и роботом. Конструкция формы должна включать в себя размещение датчиков близости или переключателей ограничения для проверки положения выброса. Кроме того, использование пружин возврата эжектора или гидравлического выброса может обеспечить последовательное, контролируемое движение.

Выбор материала и отделка поверхности

Материалы плесени влияют на выпуск деталей, износ и отделку поверхности. Для автоматизированной обработки полезна поверхность с низким трением на полости и сердечнике. Плесневые стали, такие как P20, H13 или нержавеющая сталь с соответствующими покрытиями (например, DLC, TiN или безэлектроникель), могут уменьшить прилипание. Поверхностная отделка на части захвата должна быть гладкой, но не полированной до зеркальной отделки, если она вызывает проблемы с адгезией вакуумной чашки. Матовая отделка часто лучше всего подходит для всасывающих захватов. Поверхность плесени также должна противостоять износу от повторного контакта с захватами роботов, особенно если используются механические захваты.

Дизайн системы охлаждения для последовательного сокращения

Непоследовательное охлаждение приводит к частичному деформации и переменным размерам, что наносит ущерб роботизированной обработке. Хорошо спроектированная конформная схема охлаждения поддерживает однородную температуру плесени, в результате чего части, которые последовательно сжимаются. Это единообразие гарантирует, что точки захвата детали остаются в том же положении x-y-z относительно робота. Разработчики плесени должны использовать анализ конечных элементов для оптимизации каналов охлаждения и обеспечения равномерного распределения температуры. Кроме того, блоки управления температурой плесени поддерживают стабильные температуры, дополнительно поддерживая повторяемость.

Интеграция с роботизированным тулингом с конечной частью оружия

Конструкция формы должна учитывать конкретный EOAT, который будет использоваться. Для всасывающих захватов поверхность формы должна обеспечивать гладкую, свободную от утечек область. Для механических захватов деталь должна иметь функции, которые позволяют зажиматься без деформации. Некоторые формы включают выделенные «карманы для резака» - мелкие углубления в части, которые точно соответствуют профилю пальцев захвата. Кроме того, компоновка формы должна оставлять достаточно места вокруг детали для запястья робота и инструментальных средств для маневрирования, не вызывая столкновений с другими компонентами формы, такими как слайды или цилиндры тяги ядра.

Роботизированные системы обработки и интеграция с плесенью

Форма - это всего лишь часть головоломки автоматизации. Робот, его контроллер и вспомогательное оборудование должны работать в гармонии с дизайном формы. Этот раздел охватывает соображения интеграции.

Системы зрения и проверка деталей

Многие автоматизированные ячейки используют системы зрения для проверки положения детали перед сбором. Конструкция формы может помочь в этом, включив опорные знаки или фидуциалы, которые видны камере. Например, небольшая вмятина или конкретная цветная вставка может служить в качестве ориентира для системы зрения, чтобы выровнять захватные координаты робота. Поверхностная отделка формы вокруг детали также может быть выбрана для обеспечения адекватного контраста для камеры. Системы видения особенно полезны, когда детали могут слегка смещаться во время выброса из-за прилипания или износа формы.

Интеграция сенсоров в плесени

Современные формы часто включают датчики для обеспечения обратной связи с контроллером робота. Датчики присутствия части (близко или емкостно) подтверждают, что деталь находится в правильном положении. Датчики положения эжектора обеспечивают, чтобы штифты полностью убирались или расширялись. Датчики защиты пресс-формы обнаруживают любые препятствия до закрытия формы. Эти датчики сообщаются через протоколы ввода/вывода или полевой шины роботу, позволяя условную логику, которая может приостановить цикл, если деталь не правильно выброшена. Проектирование формы со стандартизированными местами установки датчика и маршрутизацией кабеля упрощает интеграцию.

Вторичные операции и автоматизация в плазме

Некоторые формы выходят за рамки простого удаления деталей и включают вторичные операции, такие как загрузка вставки, маркировка или сборка непосредственно в форму. Эти передовые системы требуют еще более тщательной координации. Например, робот может помещать металлические вставки в полость формы до инъекции, а затем после формования удалять готовую деталь. Форма должна иметь точные особенности определения местоположения для вставок и клиренса для робота, чтобы поместить их без повреждения полости. Аналогичным образом, маркировка в форме (IML) требует, чтобы этикетка была подобрана из стопки и точно помещена в форму. Конструкция формы должна включать вакуумные отверстия или другие функции удержания, чтобы удерживать этикетку на месте во время инъекции.

Преимущества автоматизированного оптимизированного дизайна плесени

Инвестиции в разработку дружественной к автоматизации формы приносят существенную прибыль в процессе производства.

Реальные примеры дизайна пресс-формы с автоматическим управлением

Для иллюстрации этих принципов рассмотрим производителя автомобильных деталей, который перепроектировал бамперную фасциальную форму, чтобы включить плоские захватные поверхности и оптимизированное размещение штифта катапульты. Ранее бампер требовал, чтобы два оператора удаляли его вручную, а повреждения происходили в до 5% деталей. После перепроектирования формы со стратегическим вентиляционным, однородным охлаждением и назначенными точками захвата робота компания реализовала шестиосевого робота с индивидуальным захватом. Время цикла сократилось на 12%, а лома упала до менее 1%. В конструкцию формы также был включен датчик присутствия детали, который позволил роботу подтвердить успешное катапультирование перед перемещением, предотвращая катастрофические аварии формы.

Другой пример относится к индустрии медицинских устройств, где небольшая сложная часть требовала точной ориентации для сборки ниже по течению. Плесень была разработана с помощью функции выравнивания с формованной частью (небольшой штифт и отверстие), которую мог бы задействовать EOAT робота. Робот использовал зрение, чтобы найти функцию, а затем выбрал деталь из последовательного положения. Это устранило необходимость в отдельной станции ориентации и уменьшило повреждение обработки.

Более подробные тематические исследования см. в Технология создания пресс-форм и Пластические технологии сегодня , которые регулярно показывают истории успеха интеграции автоматизации.

Будущие тенденции в области дизайна готовых форм

По мере развития Индустрии 4.0 и умного производства, формы становятся все более интеллектуальными. Будущие тенденции включают:

Для последних разработок в области автоматизации и формования следуйте Производство оборудования для пластмасс и Automation.com .

Оригинальное название: Designing for the Robot First

Эпоха проектирования форм в первую очередь для операторов-людей уступает место новой парадигме, где робот является основным обработчиком деталей. Включая такие функции, как единообразная геометрия деталей, доступные захватные поверхности, стратегическое катапультирование и интеграция с датчиками, дизайнеры форм могут создавать инструменты, которые позволяют бесшовную роботизированную обработку. Этот проактивный подход сокращает время ввода в эксплуатацию, улучшает время безотказной работы и открывает полный потенциал производительности автоматизированных литьевых формовочных элементов. Поскольку автоматизация становится нормой, а не исключением, дизайн формы, который сознательно вмещает робота, будет ключом к конкурентному производству.

Производители, которые инвестируют в автоматизированный дизайн пресс-формы, теперь смогут воспользоваться следующей волной интеллектуальных заводских инноваций, гарантируя, что их операции останутся эффективными, гибкими и прибыльными на долгие годы.