Titaniumfastgørelseselementer til robotter

Robotteknologi trænger hurtigt ind i avancerede applikationer, såsom præcisionselektronik, medicinsk kirurgi og luftfart. Som kernekomponenter i robotstrukturforbindelser bestemmer fastgørelseselementernes ydeevne direkte robottens driftsnøjagtighed, lasteevne og levetid. Titanium, med sit høje styrke-til-vægt-forhold, fremragende korrosionsbestandighed, overlegne udmattelsesegenskaber og gode biokompatibilitet, er et ideelt materiale til... robotfastgørelseselementer.

Fremstilling af titaniumfastgørelseselementer til robotter

Fremstilling af titaniumfastgørelseselementer til robotter er en kompleks systemteknisk proces, der integrerer materialevidenskab, præcisionsbearbejdning, varmebehandling og overfladebehandling.

CNC præcisionsbearbejdning

Robotfastgørelseselementer (såsom bolte, møtrikker og skruer) kræver ekstremt høj dimensionsnøjagtighed og geometriske tolerancer. For eksempel kan en forskydning på 0.01 mm i boltene ved samlingerne på en industrirobot få samlingen til at gå i stå og påvirke robottens repeterbarhed (typisk kræves det, at den er inden for ±0.02 mm). Wstitanium anvender CNC-bearbejdningscentre med høj stivhed og tilpassede procesparametre for at opnå præcisionsbearbejdning af titaniumfastgørelseselementer. Wstitanium har investeret i et DMG MORI DMC 635 V vertikalt bearbejdningscenter fra Tyskland og et FANUC ROBODRILL α-DiB-serie bore- og gevindskærecenter fra Japan. Dette udstyr kan prale af en positioneringsnøjagtighed på ±0.003 mm og en repeterbarhed på ±0.0015 mm. Wstitaniums titaniumfastgørelseselementer opretholder dimensionstolerancer på IT6-IT7 (for eksempel er tolerancen for stigningsdiameteren for en M10×1.5 bolt ±0.015 mm), mens geometriske og positionelle tolerancer (såsom koaksialitet og vinkelrethed) kontrolleres inden for 0.01-0.02 mm, hvilket fuldt ud opfylder de strenge krav til centrale robotkomponenter såsom samlinger, reduktionsgear og motorer.

Varmebehandling

Titaniums mekaniske egenskaber er ekstremt følsomme over for varmebehandlingsprocesser. Wstitanium tilbyder skræddersyede varmebehandlingsløsninger, der er skræddersyet til de specifikke anvendelsesscenarier for robotfastgørelseselementer (f.eks. samlinger med høj belastning, lette arme og korrosive miljøer) for at optimere deres styrke, hårdhed, sejhed og udmattelsesevne.

– β-glødningTitanlegeringen opvarmes til 20-50 °C over β-transformationspunktet (ca. 995 °C for Ti-6Al-4V), holdes ved denne temperatur i et stykke tid og luftkøles derefter eller ovnkøles. Denne teknik producerer en grov β-kornstruktur, hvilket forbedrer brudstyrken af ​​titaniumfastgørelseselementer betydeligt (KIC kan nå over 60 MPa·m¹/²), hvilket gør dem velegnede til robotsamlingsbolte, der udsættes for stødbelastninger.

– DuplexglødningLegeringen holdes først under β-transformationspunktet (ca. 920 °C), luftkøles til stuetemperatur og ældes derefter ved 500-600 °C. Denne teknik afbalancerer titanlegeringens styrke og duktilitet og opnår en trækstyrke på 900-950 MPa og en forlængelse på 15 %-18 % for Ti-6Al-4V-fastgørelseselementer, hvilket gør dem velegnede til de fleste strukturelle forbindelser i industrirobotter.

– Løsningsbehandling og aldringTitanlegeringen opvarmes til α+β-faseområdet (ca. 940 °C), holdes der, derefter vandkøles og ældes ved 480-540 °C. Denne teknologi kan øge trækstyrken af ​​titaniumfastgørelseselementer til over 1100 MPa og hårdheden til HRC38-42, hvilket gør dem velegnede til højbelaste, højpræcisions robotreduktionsbolte.

Overfladebehandling

Robotiske fastgørelseselementer skal modstå visse forbelastninger under montering, og nogle anvendelser (såsom fødevareforarbejdningsrobotter og havudforskningsrobotter) kræver ekstremt høj korrosionsbestandighed. Wstitanium bruger en række overfladebehandlingsteknologier til yderligere at forbedre overfladeegenskaberne af titaniumfastgørelseselementer.

– Bejdsning og passiveringTitanium bruger en blanding af salpetersyre og flussyre til at bejdse fastgørelseselementerne for at fjerne skalaer og overfladeforurenende stoffer, der genereres under bearbejdningen. Fastgørelseselementerne passiveres derefter i salpetersyre for at danne en ensartet, tæt TiO₂-oxidfilm (ca. 5-10 nm tyk). Denne oxidfilm udviser enestående kemisk stabilitet, hvilket sikrer, at titaniumfastgørelseselementer forbliver korrosionsfri i over 1,000 timer i en neutral saltspraytest, hvilket gør dem velegnede til de fleste industrielle miljøer.

– Plasmaelektrolytisk oxidation (PEO)Denne proces, også kendt som mikrobueoxidation, involverer påføring af en højspændingspulserende strøm på titanlegeringens overflade, hvilket forårsager en plasmakemisk reaktion i en elektrolyt, der danner en 10-50 μm tyk keramisk oxidfilm. Denne film udviser stærk vedhæftning til substratet (vedhæftning ≥ 50 MPa), en hårdhed på HV500-800 og fremragende slid- og korrosionsbestandighed (levetid i saltspraytest på over 5,000 timer). Den er velegnet til robotfastgørelseselementer i miljøer med højt slid og høj korrosion (såsom marinerobotter og fødevareforarbejdningsrobotter).

– NitreringUnder høje temperaturer (700-800 °C) og en atmosfære med højt nitrogenindhold trænger nitrogenatomer ind i titanlegeringens overflade og danner et TiN-forbindelseslag (ca. 5-15 μm tykt). TiN-laget har en hårdhed på HV1000-1200 og en lav friktionskoefficient (0.15-0.25), hvilket forbedrer slidstyrken og anti-seizure-egenskaberne af fastgørelseselementer betydeligt og forhindrer rivning under montering. Det er velegnet til bolte i robotsamlinger, der kræver hyppig adskillelse.

– PVD-belægning (Fysisk dampaflejringVed hjælp af magnetronsputtering eller lysbueionbelægningsteknologi aflejres en hård belægning (2-5 μm tyk) såsom TiN eller TiAlN på overfladen af ​​titaniumfastgørelseselementer. Denne belægning udviser ekstremt høj hårdhed (over HV2000) og en meget lav friktionskoefficient. Den tilbyder også fremragende højtemperaturresistens (op til 600 °C), hvilket gør den velegnet til fastgørelseselementer, der forbinder højhastigheds- og højtemperaturrobotmotorer.

Wstitanium bruger avanceret CNC bearbejdning teknologi og et strengt kvalitetskontrolsystem for at sikre den exceptionelle præcision og stabilitet af titaniumbeslag:

– DimensionsnøjagtighedNøglebefæstelsesdimensioner (såsom gevindstigningsdiameter, boltdiameter og længde) overholdes inden for tolerancer på IT6-IT7, hvilket overstiger nationale standarder (typisk IT8-IT9) betydeligt.

– Geometriske tolerancerBoltens koaksialitet og vinkelrethed kontrolleres inden for 0.01-0.02 mm, hvilket sikrer minimal aksial afvigelse af samlingen efter montering.

– StabilitetTitanlegering har en lav termisk udvidelseskoefficient (8.6×10⁻⁶/°C), kun 60 % af ståls. I miljøer med betydelige temperaturudsving (f.eks. svejserobotter i biler) oplever fastgørelseselementer minimal dimensionsændring, hvilket opretholder en stabil forspænding og forhindrer samlingsløsning, der kan påvirke præcisionen.