机器人融入封闭式死塑正在改变制造业的格局,在生产力、精度和工作场所安全方面带来前所未有的收益。 由于航空航天、汽车和国防需求质量更高、耐力更强等行业,制造商正在转向自动化以满足这些要求,同时保持竞争力。 本文探讨了机器人系统如何将封闭式死塑工艺从物质处理转变为最终完成,并审视了确定这一演变的效益、挑战和新趋势。

理解封闭式死造

封闭式死造型(closed die fraining),又称印象式死造型,是一种金属形成过程,在两个死造型之间压缩一个热工,其中包含理想部分的形状。死亡者将材料完全包裹起来,迫使其流入腔内,并承担复杂的几何。这种方法产生具有优秀机械特性、精细的谷物结构以及最小的废物,使其成为高压应用的首选。

步骤

  1. 充气: 金属的圆筒或空白被加热到特定的温度范围,以提高可塑性,减少流量应力.
  2. 预型:[] 加热的工件可能经过初始的塑造(例如滚式的铸造或阻塞器死),以分发材料供最后印象.
  3. 最终福建:[] 预型被置于封闭的死神和在高压下压缩,经常被多次击打或用压压,以充塞腔.
  4. 线性: 多余的材料(flash)在单独的操作中被移除,通常带有剪切压.
  5. 完成:] 伪造的部分可以进行热处理、枪爆、机械处理和检查。

材料和应用

封闭式死塑能容纳广泛的金属,包括碳和合金钢、不锈钢、铝、钛和超合金。 典型的部件包括连接棒、曲轴、齿轮、涡轮叶片、阀门机体和结构航空航天组件。 与铸造或机械化相比,这一过程提供了较高的强度与重量比率和疲劳阻力。

机器人在伪造中的作用

机器人为闭合式死机成形周期的每个阶段带来了新的一致性和速度。 通过自动化重复性、体力要求高的任务,制造商可以实现更高的吞吐量和降低可变性。 下面是机器人系统增值的关键领域。

材料处理和装入

配备了抓手或吸尘杯的机器人臂从炉子或诱导热器中取回加热的圆顶,并转移到死神身上。 这些系统在高温环境中运行,经常使用耐热终端效应器和保护性围护。 视向制动机器人即使随机放置也能定位圆顶,从而能够灵活喂食,而无需复杂的固定。

润滑和清洁

为了延长死亡寿命并保持表面质量,与机器人结合的自动喷雾器在周期之间一致应用润滑剂和冷却剂,有些系统还使用机器人刷子或喷气机在每次铸造喷雾之前清除死亡腔的鳞片和碎片.

按下操作和部分传输

在多站式的造型设置中,机器人穿梭部件从预型死到完成死再到剪切压,它们可以精确地索引部件,确保正确的方向和缩短周期时间. 协作机器人(cobot)越来越多地用于低吨位操作,因为人体交互在检查或调整时仍然需要.

伪造后处理

机器人在造型后处理用于平整,调温,射击爆破,以及视觉检查的部件. 使用激光扫描仪或坐标测量机(CMM)进行自动维度检查为过程控制提供实时反馈.

机器人融合的好处

向闭路式机器人自动化的转变在多个层面都带来了可衡量的改善。 实施这种系统的制造商通常报告以下好处。

生产力提高

机器人可以24/7操作,但维护或转向变化的停机时间要最少。 单个机器人细胞可以取代多个人类操作员,根据部分复杂程度将输出提升30–50%或更高。 一致的速度和可重复性降低了周期时间的可变性,从而可以更紧地安排和更高的吞吐量。

精度和质量提高

机器人放置错误通常在±0.1毫米或更高,远远超过人的能力。这种精度可以减少闪光变异、磨损和二次机械化的需要。 自动化过程也可以消除操作员疲劳的影响,确保每个部分都达到同样的高标准。

安全性得到提高

制造环境需要极端的热量、沉重的负荷、快速移动的压压和重复的运动伤害。 通过将工人从这些危险区中清除,机器人可以大幅降低烧伤、压伤和人机学障碍的风险。 安全等级的传感器和间锁进一步保护了自动化细胞附近的人员。

成本效率

尽管机器人设备和集成的初始投资可能相当大 — — 通常是每间电池10万至50万美元 — — 但长期回报是令人信服的。 劳动力节约、减少废料、降低能量消耗(通过优化供暖周期)以及降低死亡维护成本有助于12-24个月的回报期。

主要挑战和考虑

尽管有明显的好处,但将机器人纳入现有的造型操作并非没有障碍。 制造商必须仔细评估其具体条件,并计划应对以下挑战。

高额初始投资

成本不仅包括机器人本身,还包括终端效应器、守护、软件、传感器和集成服务。 对于中小型伪造品来说,这可能是一个重大障碍。 然而,租赁选项和政府自动化升级赠款可以减轻前期负担。

系统复杂性和一体化

伪造线路往往是定制的,而改装机器人需要重新设计材料流、新闻控制和安全系统。 具有遗留的PLC和新闻控制器的接口机器人可能需要专业编程技能。 彻底的前沿模拟和验证过程对于避免代价高昂的错误至关重要。

熟练劳动力要求

机器人系统需要程序员、维修技术人员和工序工程师,他们既了解机器人又了解冶金。 业界在这一领域面临人才缺口。 通过供应商培训方案或与技术学校的伙伴关系提高现有人员的能力是一项共同战略。

环境和维持因素

高温、灰尘、规模和振动在造型工厂中可以缩短机器人组件寿命。 指定IP65评级或更高的闭塞、使用热盾以及实施预测性维护常规对于确保正常运行是必要的。 定期校准抓取和视觉系统也需要有纪律的注意。

新兴技术和未来趋势

机器人造型的下一波创新由人工智能、先进的传感器和数字双子技术驱动。 这些发展有望使造型细胞更具适应性、效率和自我优化性。

人工智能和机器学习

AI算法可以分析来自造型过程的传感器数据 — — 如压强、温度和振动 — — 预测死亡磨损、实时检测部分缺陷和优化过程参数。 接受过历史生产数据培训的机器学习模型可以建议调整以减少闪光、改善填充和延长工具寿命。 一些系统甚至可以根据比特变化来调整机器人抓取策略。

协作机器人和人与机器人互动

下一代的机器人配备了扭矩传感器、速度限制和高级视线,在不设大范围守卫的情况下与人类操作人员一起安全工作。 在造型中,它们最适合完成检查、光装配和材料套装等任务。 这种混合方式可以灵活生产,而不会使每个步骤完全自动化。

数字双胞胎和模拟

成型细胞的数码双胞胎 — — 包括机器人动能、热模型和压载动力学 — — 工程师可以模拟新部件程序、优化周期时间和识别离线碰撞风险。 这可以减少调试时间,并允许持续改进,而不会干扰生产。

自主机动机器人在In-Plant物流系统

虽然固定机器人主导着造型细胞材料的处理,但AMR越来越多地用于在细胞、仓库和热处理区之间运输死亡、底盘和成品。 与中央仓库管理系统相结合,它们可以形成从原库存到航运的全自动化物质流。

结论

将机器人融入封闭式死铸技术已不再是一个未来的概念 — — 这是一种证明可以实现更高生产率、更高质量和更安全工作条件的战略。 尽管前期成本和技术复杂性等挑战依然存在,但长期收益远远大于大多数高容量或高精度应用的投资。 随着人工智能、协作机器人和数字双子技术的成熟,造型产业将继续向完全自主、数据驱动的制造业发展。 如今采用这些创新的制造商将在未来几年内很好地在效率和竞争力方面领导市场。

欲了解闭合式死塑法的基本原理,请访问铸造工业协会。关于金属铸造中的机器人自动化的案例研究,请探索 Robotic工业协会[资源。要了解铸造中的工业4.0,请参见[科学信息中心关于铸造工艺优化的概述。