Tại sao thép được tráng nhôm có độ bền cao theo trọng lượng trong cánh tay robot Cobot?

Robot cộng tác (cobot) được thiết kế để hoạt động an toàn cùng với người vận hành trong môi trường sản xuất năng động đòi hỏi khả năng kiểm soát động học chính xác, tốc độ tăng tốc cao và yêu cầu mô-men xoắn động cơ khớp thấp. Vỏ thép nặng truyền thống và các đoạn cánh tay kết cấu tạo ra các lực quán tính nghiêm trọng, hạn chế tỷ lệ tải trọng trên trọng lượng và làm tăng độ mỏi của bộ truyền động.

Sử dụng hợp kim nhôm được phủ cường độ cao (chẳng hạn như 5052-H32, 6061-T6 hoặc dải và tấm 7075-T6 chuyên dụng có lớp phủ bảo vệ/dẫn điện) cho phép các nhà sản xuất robot cắt giảm khối lượng cánh tay tới 60% trong khi vẫn mang lại sức mạnh vượt trội, tản nhiệt hiệu quả và chống ăn mòn bề mặt lâu dài.

Ràng buộc quán tính và tải trọng cao của kết cấu thép

Cánh tay cobot truyền thống được chế tạo từ các thành phần thép có khối lượng kết cấu quá lớn:

Tải trọng khớp động cao: Các liên kết cánh tay nặng làm tăng mô-men xoắn khớp liên tục, buộc các kỹ sư phải chỉ định các động cơ và hộp số servo lớn hơn, nặng hơn và tốn kém hơn.

Độ nhạy va chạm bị suy giảm: Độ an toàn của Cobot phụ thuộc vào cảm biến giới hạn lực và nguồn điện nhanh (PFL); quán tính cánh tay cao làm trì hoãn thời gian dừng khi vô tình tiếp xúc với con người, tạo ra các mối nguy hiểm về an toàn.

Hạn chế của vật liệu tổng hợp nhôm và sợi không tráng phủ

Trong khi các vật liệu nhẹ là cần thiết, vật liệu tổng hợp bằng nhôm và polyme thô có những hạn chế khi vận hành:

Phân khúc kết cấu thép so với phân khúc cánh tay nhôm cường độ cao được tráng phủ

Mòn bề mặt & ăn mòn môi trường: Nhôm không tráng phủ dễ bị trầy xước và không bị oxy hóa khi tiếp xúc với chất lỏng cắt, chất tẩy rửa hoặc độ ẩm của nhà máy.

Sự tách lớp sợi carbon & tính dễ bị tổn thương của EMI: Vật liệu tổng hợp sợi carbon có trọng lượng nhẹ nhưng dễ bị va chạm bởi các vết nứt vi mô, khó tiếp đất và có khả năng che chắn nhiễu điện từ (EMI) yếu.

Ma trận thông số kỹ thuật: Vật liệu kết cấu cho cánh tay Cobot

Bảng dưới đây so sánh các đặc tính kỹ thuật chính giữa thép kết cấu, vật liệu tổng hợp sợi carbon và hợp kim nhôm cường độ cao được phủ:

Ưu điểm về hiệu suất trong các ứng dụng Cobot Arm

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Tại sao nhôm phủ được ưa chuộng hơn sợi carbon cho phân khúc vỏ cánh tay cobot?

Trả lời: Mặc dù sợi carbon có trọng lượng nhẹ nhưng lớp phủ nhôm mang lại khả năng dẫn nhiệt tốt hơn ( 130-170 W/m·K  so với <10 W/m·K ), chi phí sản xuất thấp hơn, khả năng chống va đập vượt trội mà không bị phân tách và có lớp chắn EMI tích hợp mà không cần chèn lưới kim loại.

Câu hỏi 2: Việc giảm khối lượng cánh tay cobot giúp cải thiện sự an toàn khi tiếp xúc giữa con người và robot như thế nào?

A: Khối lượng thấp hơn trực tiếp làm giảm mô men quán tính của cánh tay robot ( I ). Động năng thấp hơn cho phép các cảm biến giới hạn lực của cobot phát hiện va chạm và dừng cánh tay nhanh hơn nhiều, giảm lực tác động tiềm ẩn lên người vận hành.

Câu hỏi 3: Lớp phủ chức năng có bị bong tróc hoặc có vết nứt nhỏ trong quá trình gia công hoặc uốn CNC không?

Trả lời: Không. Các tấm nhôm được anod hóa liên tục hoặc được phủ trước chất lượng cao sử dụng chất kết dính polymer linh hoạt hoặc màng oxit liên kết chặt chẽ được xử lý ở nhiệt độ cao, đạt được độ bám dính chéo cấp 0 có khả năng chịu đựng các hoạt động uốn và tạo hình.

Câu hỏi 4: Hệ số giãn nở nhiệt của nhôm so với thép trong các khớp nối robot chính xác như thế nào?

Đáp: Nhôm có hệ số giãn nở nhiệt cao hơn ( ~ 23 × 10 ⁻⁶ K ) so với thép (~ 12 × 10⁻⁶ K ). Tuy nhiên, khả năng dẫn nhiệt vượt trội của nhôm sẽ tản nhiệt nhanh chóng, giữ cho nhiệt độ vận hành chung của khớp thấp hơn đáng kể và giảm thiểu độ dốc giãn nở nhiệt.

Câu hỏi 5: Người mua phần cứng nên gửi yêu cầu đánh giá kỹ thuật như thế nào?

Trả lời: Người mua nên gửi trực tiếp các mẫu mục tiêu chuẩn vật lý hoặc bản vẽ kỹ thuật đến Công ty TNHH Vật liệu kim loại Thường Châu Định Cảng. Phòng thí nghiệm kỹ thuật của chúng tôi sẽ thực hiện xác minh thành phần, kiểm tra độ bám dính của lớp phủ và kiểm tra kích thước, gửi lại báo cáo kỹ thuật chi tiết và báo giá cạnh tranh.

Phần kết luận

Chuyển từ kết cấu thép sang Nhôm được phủ cường độ cao giúp các nhóm thiết kế robot tối đa hóa tỷ lệ tải trọng trên trọng lượng của cánh tay cobot, cải thiện các chỉ số an toàn động và đảm bảo độ bền lâu dài của khớp.

Để tối ưu hóa việc lựa chọn vật liệu cho dự án cánh tay robot cobot của bạn:

Chỉ định Nhiệt độ hợp kim theo nhu cầu ứng suất: Sử dụng 6061-T6 hoặc 7075-T6 cho các đoạn cánh tay chính và khớp cổ tay chịu tải cao; sử dụng 5052-H32 cho vỏ bảo vệ bên ngoài nhẹ và tấm chắn vỏ.

Chọn loại lớp phủ dựa trên môi trường hoạt động: Bắt buộc phải sử dụng sơn mài polyme nặng hoặc anod hóa cứng cho các khu công nghiệp tiếp xúc với tia nước; sử dụng lớp phủ gốm dẫn điện cho các khoang khung bên trong cần nối đất EMI.

Hợp tác với các Chuyên gia gia công được chứng nhận: Cộng tác với các nhà sản xuất nhôm có kinh nghiệm như Changzhou Dingang Metal Material Co., Ltd. để đánh giá các mẫu vật lý, đảm bảo dung sai rạch chính xác và tối ưu hóa thời gian sản xuất vật liệu.