Dlaczego aluminium powlekane aluminium o dużej wytrzymałości w stosunku do masy zastępuje stal w ramionach robotów Cobot?

Roboty współpracujące (coboty) zaprojektowane do bezpiecznej współpracy z operatorami w dynamicznych środowiskach produkcyjnych wymagają precyzyjnej kontroli kinetycznej, wysokiego przyspieszenia i niskiego momentu obrotowego silnika. Tradycyjne obudowy z ciężkiej stali i segmenty ramion konstrukcyjnych nakładają poważne ograniczenia na bezwładność, ograniczając stosunek ładowności do masy i przyspieszając zmęczenie siłownika.

Wykorzystując wysokowytrzymałe powlekane stopy aluminium (takie jak 5052-H32, 6061-T6 lub specjalistyczne taśmy i arkusze 7075-T6 z powłokami ochronnymi/przewodzącymi) umożliwiają producentom robotyki zmniejszenie masy ramienia nawet o 60%, zapewniając jednocześnie doskonałą wytrzymałość, skuteczne odprowadzanie ciepła i długoterminową ochronę powierzchni przed korozją.

Wysoka bezwładność i ograniczenia ładunku stali konstrukcyjnej

Tradycyjne ramiona cobota wykonane z elementów stalowych charakteryzują się nadmierną masą konstrukcyjną:

Wysokie obciążenie dynamiczne przegubów: Ciężkie połączenia ramion zwiększają ciągły moment obrotowy przegubów, zmuszając inżynierów do wybierania większych, cięższych i droższych serwomotorów i skrzyń biegów.

Obniżona czułość na kolizje: bezpieczeństwo cobota zależy od szybkich czujników mocy i ograniczających siłę (PFL); duża bezwładność ramienia opóźnia czas zatrzymania podczas przypadkowego kontaktu z człowiekiem, stwarzając zagrożenie dla bezpieczeństwa.

Ograniczenia niepowlekanych kompozytów aluminiowych i włóknistych

Chociaż lekkie materiały są niezbędne, surowe aluminium i kompozyty polimerowe mają wady operacyjne:

Segment ramienia ze stali konstrukcyjnej i powlekanego aluminium o wysokiej wytrzymałości

Zużycie powierzchni i korozja środowiskowa: Niepowlekane aluminium łatwo zarysowuje się i ulega utlenianiu pod wpływem płynów obróbkowych, detergentów lub wilgoci fabrycznej.

Rozwarstwienie włókna węglowego i podatność na zakłócenia elektromagnetyczne: Kompozyty z włókna węglowego są lekkie, ale są podatne na mikropęknięcia uderzeniowe, są trudne do uziemienia i zapewniają słabe ekranowanie zakłóceń elektromagnetycznych (EMI).

Tabela specyfikacji technicznych: Materiały konstrukcyjne ramion cobotów

Poniższa tabela porównuje kluczowe właściwości konstrukcyjne stali konstrukcyjnej, kompozytów z włókna węglowego i powlekanych stopów aluminium o wysokiej wytrzymałości:

Zalety wydajności w zastosowaniach z ramionami Cobota

Często zadawane pytania

P1: Dlaczego w segmentach obudowy ramienia cobota preferuje się powlekane aluminium zamiast włókna węglowego?

Odp.: Chociaż włókno węglowe jest lekkie, powlekane aluminium zapewnia lepszą przewodność cieplną ( 130-170 W/m·K  w porównaniu z <10 W/m·K ), niższe koszty produkcji, doskonałą odporność na uderzenia bez rozwarstwiania i wbudowane ekranowanie EMI bez konieczności stosowania metalowych wkładek siatkowych.

P2: W jaki sposób zmniejszenie masy ramienia cobota poprawia bezpieczeństwo podczas kontaktu człowiek-robot?

Odp.: Mniejsza masa bezpośrednio zmniejsza moment bezwładności ramienia robota ( I ). Niższa energia kinetyczna pozwala czujnikom ograniczającym siłę cobota wykrywać kolizje i znacznie szybciej zatrzymywać ramię, redukując potencjalne siły uderzenia działające na operatorów.

P3: Czy powłoka funkcjonalna będzie się łuszczyć lub mikropęknie podczas obróbki CNC lub gięcia?

Odp.: Nie. W wysokiej jakości blachach aluminiowych z powłoką wstępną lub w sposób ciągły anodyzowanych stosuje się elastyczne spoiwa polimerowe lub ściśle związane folie tlenkowe utwardzane w podwyższonych temperaturach, co pozwala uzyskać przyczepność klasy 0, zdolną do wytrzymywania operacji zginania i formowania matrycowego.

P4: Jak współczynnik rozszerzalności cieplnej aluminium wypada w porównaniu ze stalą w precyzyjnych złączach robotów?

Odp.: Aluminium ma wyższy współczynnik rozszerzalności cieplnej ( ~ 23 × 10 ⁻⁶ K ) niż stal (~ 12 × 10⁻⁶ K ). Jednakże doskonała przewodność cieplna aluminium szybko rozprasza ciepło złącza, utrzymując ogólną temperaturę roboczą złącza na znacznie niższym poziomie i minimalizując gradienty rozszerzalności cieplnej.

P5: W jaki sposób nabywcy sprzętu powinni przesłać prośbę o ocenę techniczną?

Odp.: Kupujący powinni przesłać fizyczne wzorcowe próbki docelowe lub rysunki techniczne bezpośrednio do firmy Changzhou Dingang Metal Material Co., Ltd. Nasze laboratorium inżynieryjne przeprowadzi weryfikację składu, badanie przyczepności powłoki i kontrolę wymiarów, przesyłając szczegółowy raport techniczny i konkurencyjną ofertę.

Wniosek

Przejście ze stali konstrukcyjnej na Powlekane aluminium o wysokiej wytrzymałości umożliwia zespołom projektowym zajmującym się robotyką maksymalizację stosunku ładowności ramienia cobota do masy, poprawę wskaźników bezpieczeństwa dynamicznego i zapewnienie długoterminowej trwałości połączeń.

Aby zoptymalizować wybór materiałów do projektu ramienia robota cobota:

Określ hartowanie stopu według wymagań dotyczących naprężeń: Użyj 6061-T6 lub 7075-T6 do segmentów głównych ramion i przegubów nadgarstków obciążonych dużym obciążeniem; użyj 5052-H32 do lekkich zewnętrznych osłon ochronnych i osłon obudowy.

Wybierz rodzaj powłoki w oparciu o środowisko pracy: W strefach przemysłowych narażonych na zachlapania zaleca się stosowanie twardych anodowanych lub ciężkich lakierów polimerowych; stosować przewodzące powłoki ceramiczne w wewnętrznych przedziałach obudowy wymagających uziemienia EMI.

Współpracuj z certyfikowanymi specjalistami ds. przetwarzania: współpracuj z doświadczonymi producentami aluminium, takimi jak Changzhou Dingang Metal Material Co., Ltd., w celu oceny próbek fizycznych, zapewnienia precyzyjnych tolerancji cięcia i optymalizacji czasu realizacji dostaw materiałów.