Sujetadores de titanio para robots

La robótica se está introduciendo rápidamente en aplicaciones de alta gama, como la electrónica de precisión, la cirugía médica y la industria aeroespacial. Como componentes esenciales de las conexiones estructurales robóticas, el rendimiento de los sujetadores determina directamente la precisión operativa, la capacidad de carga y la vida útil del robot. El titanio, con su alta relación resistencia-peso, excelente resistencia a la corrosión, excelente rendimiento frente a la fatiga y buena biocompatibilidad, es un material ideal para... sujetadores robóticos.

Fabricación de sujetadores de titanio para robots

La fabricación de sujetadores de titanio para robots es un proceso complejo de ingeniería de sistemas que integra ciencia de materiales, mecanizado de precisión, tratamiento térmico y tratamiento de superficies.

Mecanizado de precisión CNC

Los sujetadores robóticos (como pernos, tuercas y tornillos) requieren una precisión dimensional y tolerancias geométricas extremadamente altas. Por ejemplo, una desalineación de 0.01 mm en los pernos de las articulaciones de un robot industrial puede provocar el bloqueo de la articulación y afectar la repetibilidad del robot (normalmente requerida dentro de ±0.02 mm). Wstitanium utiliza centros de mecanizado CNC de alta rigidez y parámetros de proceso personalizados para lograr el mecanizado de precisión de sujetadores de titanio. Wstitanium ha invertido en un centro de mecanizado vertical DMG MORI DMC 635 V de Alemania y un centro de taladrado y roscado FANUC ROBODRILL serie α-DiB de Japón. Estos equipos ofrecen una precisión de posicionamiento de ±0.003 mm y una repetibilidad de ±0.0015 mm. Los sujetadores de titanio de Wstitanium mantienen tolerancias dimensionales de IT6-IT7 (por ejemplo, la tolerancia del diámetro de paso de un perno M10×1.5 es de ±0.015 mm), mientras que las tolerancias geométricas y posicionales (como la coaxialidad y la perpendicularidad) se controlan entre 0.01 y 0.02 mm, cumpliendo plenamente los estrictos requisitos de componentes robóticos clave como juntas, reductores y motores.

Tratamiento térmico

Las propiedades mecánicas del titanio son extremadamente sensibles a los procesos de tratamiento térmico. Wstitanium ofrece soluciones de tratamiento térmico personalizadas, adaptadas a las aplicaciones específicas de los sujetadores robóticos (p. ej., uniones de alta carga, brazos ligeros y entornos corrosivos) para optimizar su resistencia, dureza, tenacidad y resistencia a la fatiga.

– β-recocidoLa aleación de titanio se calienta a 20-50 °C por encima del punto de transformación β (aproximadamente 995 °C para Ti-6Al-4V), se mantiene a esta temperatura durante un tiempo y, a continuación, se enfría al aire o en un horno. Esta técnica produce una estructura de grano β grueso, lo que mejora significativamente la tenacidad a la fractura de los sujetadores de titanio (el KIC puede superar los 60 MPa·m¹/²), haciéndolos adecuados para pernos de uniones robóticas sometidos a cargas de impacto.

– Recocido dúplexLa aleación se mantiene primero por debajo del punto de transformación β (aproximadamente 920 °C), se enfría al aire a temperatura ambiente y, posteriormente, se envejece a 500-600 °C. Esta técnica equilibra la resistencia y la ductilidad de la aleación de titanio, logrando una resistencia a la tracción de 900-950 MPa y una elongación del 15 % al 18 % para las fijaciones de Ti-6Al-4V, lo que las hace adecuadas para la mayoría de las conexiones estructurales en robots industriales.

– Tratamiento de soluciones y envejecimientoLa aleación de titanio se calienta hasta la fase α+β (aproximadamente 940 °C), se mantiene allí y, a continuación, se templa en agua y se envejece a 480-540 °C. Esta tecnología puede aumentar la resistencia a la tracción de los sujetadores de titanio a más de 1100 MPa y la dureza a HRC38-42, lo que los hace adecuados para pernos de conexión de reductores robóticos de alta precisión y alta carga.

Tratamiento de superficies

Los sujetadores robóticos deben soportar ciertas precargas durante el ensamblaje, y algunas aplicaciones (como robots de procesamiento de alimentos y robots de exploración oceánica) requieren una resistencia a la corrosión extremadamente alta. Wstitanium utiliza diversas tecnologías de tratamiento de superficies para mejorar aún más las propiedades superficiales de los sujetadores de titanio.

– Decapado y PasivaciónWstitanium utiliza una mezcla de ácido nítrico y ácido fluorhídrico para decapar los sujetadores y eliminar las incrustaciones y los contaminantes superficiales generados durante el procesamiento. Posteriormente, los sujetadores se pasivan en ácido nítrico para formar una película de óxido de TiO₂ uniforme y densa (de aproximadamente 5-10 nm de espesor). Esta película de óxido presenta una estabilidad química excepcional, lo que garantiza que los sujetadores de titanio permanezcan libres de corrosión durante más de 1,000 horas en una prueba de niebla salina neutra, lo que la hace adecuada para la mayoría de los entornos industriales.

– Oxidación electrolítica por plasma (PEO)También conocido como oxidación por microarco, este proceso consiste en aplicar una corriente pulsada de alto voltaje a la superficie de la aleación de titanio, lo que provoca una reacción química de plasma en un electrolito para formar una película de óxido cerámico de 10-50 μm de espesor. Esta película presenta una fuerte adhesión al sustrato (adherencia ≥ 50 MPa), una dureza de HV500-800 y una excelente resistencia al desgaste y la corrosión (vida útil en la prueba de niebla salina superior a 5,000 horas). Es adecuado para fijaciones robóticas en entornos de alto desgaste y corrosión (como robots marinos y robots de procesamiento de alimentos).

– NitruraciónA altas temperaturas (700-800 °C) y en una atmósfera rica en nitrógeno, los átomos de nitrógeno penetran en la superficie de la aleación de titanio, formando una capa de compuesto de TiN (de aproximadamente 5-15 μm de espesor). Esta capa de TiN presenta una dureza de HV1000-1200 y un bajo coeficiente de fricción (0.15-0.25), lo que mejora significativamente la resistencia al desgaste y las propiedades antiagarrotamiento de los elementos de fijación, previniendo el desgaste por rozamiento durante el montaje. Es adecuada para pernos en uniones robóticas que requieren un desmontaje frecuente.

– Recubrimiento PVD (Deposición fisica de vapor): Mediante pulverización catódica magnetrónica o recubrimiento iónico por arco, se deposita un recubrimiento duro (de 2 a 5 μm de espesor), como TiN o TiAlN, sobre la superficie de los sujetadores de titanio. Este recubrimiento presenta una dureza extremadamente alta (superior a HV2000) y un coeficiente de fricción muy bajo. Además, ofrece una excelente resistencia a altas temperaturas (hasta 600 °C), lo que lo hace ideal para sujetadores que conectan motores robóticos de alta velocidad y alta temperatura.

Wstitanium utiliza tecnología avanzada Mecanizado CNC Tecnología y un riguroso sistema de control de calidad para garantizar la excepcional precisión y estabilidad de sus fijaciones de titanio:

– Precisión dimensionalLas dimensiones de los sujetadores clave (como el diámetro del paso de la rosca, el diámetro del perno y la longitud) se mantienen dentro de las tolerancias IT6-IT7, superando significativamente los estándares nacionales (normalmente IT8-IT9).

– Tolerancias geométricas:La coaxialidad y la perpendicularidad de los pernos se controlan entre 0.01 y 0.02 mm, lo que garantiza una desviación axial mínima de la unión después del ensamblaje.

- estabilidadLa aleación de titanio tiene un bajo coeficiente de expansión térmica (8.6 × 10⁻⁶/°C), tan solo el 60 % del del acero. En entornos con fluctuaciones de temperatura significativas (como robots de soldadura para automóviles), los elementos de fijación experimentan cambios dimensionales mínimos, lo que mantiene una precarga estable y evita el aflojamiento de la unión que podría afectar la precisión.