Titán rögzítőelemek robotokhoz

A robotika gyorsan terjed a csúcskategóriás alkalmazásokban, mint például a precíziós elektronika, az orvosi sebészet és a repülőgépipar. A robotizált szerkezeti csatlakozások központi elemeiként a rögzítőelemek teljesítménye közvetlenül meghatározza a robot működési pontosságát, teherbírását és élettartamát. A titán, magas szilárdság-tömeg arányával, kiváló korrózióállóságával, kiváló kifáradási teljesítményével és jó biokompatibilitásával, ideális anyag a következőkhöz: robotrögzítők.

Titán rögzítőelemek gyártása robotokhoz

A robotokhoz használt titán kötőelemek gyártása egy összetett rendszermérnöki folyamat, amely ötvözi az anyagtudományt, a precíziós megmunkálást, a hőkezelést és a felületkezelést.

CNC precíziós megmunkálás

A robotrögzítők (például csavarok, anyák és csavaranyák) rendkívül nagy méretpontosságot és geometriai tűréshatárokat igényelnek. Például egy ipari robot illesztéseinél a csavarok 0.01 mm-es eltérése az illesztés leállását okozhatja, és befolyásolhatja a robot ismételhetőségét (ami általában ±0.02 mm-en belül kell legyen). A Wstitanium nagy merevségű CNC megmunkálóközpontokat és testreszabott folyamatparamétereket használ a titánrögzítők precíziós megmunkálásához. A Wstitanium befektetett egy németországi DMG MORI DMC 635 V függőleges megmunkálóközpontba és egy japán FANUC ROBODRILL α-DiB sorozatú fúró- és menetfúró központba. Ezek a berendezések ±0.003 mm-es pozicionálási pontossággal és ±0.0015 mm-es ismételhetőséggel büszkélkedhetnek. A Wstitanium titán rögzítőelemei IT6-IT7 mérettűréseket tartanak fenn (például egy M10×1.5 csavar menetemelkedési átmérőjének tűrése ±0.015 mm), míg a geometriai és pozíciós tűrések (például a koaxialitás és a merőlegesség) 0.01-0.02 mm-en belül szabályozhatók, így teljes mértékben megfelelnek a kulcsfontosságú robotikai alkatrészek, például az ízületek, reduktorok és motorok szigorú követelményeinek.

Hőkezelés

A titán mechanikai tulajdonságai rendkívül érzékenyek a hőkezelési folyamatokra. A Wstitanium testreszabott hőkezelési megoldásokat kínál, amelyek a robotikus rögzítőelemek konkrét alkalmazási forgatókönyveihez (pl. nagy terhelésű kötések, könnyű karok és korrozív környezetek) igazodnak, hogy optimalizálják azok szilárdságát, keménységét, szívósságát és kifáradási teljesítményét.

– β-lágyításA titánötvözetet 20-50°C-kal a β-átalakuláspont fölé hevítik (körülbelül 995°C Ti-6Al-4V esetén), egy ideig ezen a hőmérsékleten tartják, majd levegővel vagy kemencében hűtik. Ez a technika durva β-szemcsés szerkezetet hoz létre, ami jelentősen javítja a titán kötőelemek törési szívósságát (a KIC elérheti a 60 MPa·m¹/²-t is), így alkalmassá teszi őket ütőterhelésnek kitett robotcsavarokhoz.

– Duplex hőkezelésAz ötvözetet először a β-átalakulási pont (kb. 920 °C) alatt tartják, levegőn szobahőmérsékletre hűtik, majd 500-600 °C-on öregítik. Ez a technika kiegyensúlyozza a titánötvözet szilárdságát és képlékenységét, 900-950 MPa szakítószilárdságot és 15-18%-os nyúlást érve el a Ti-6Al-4V rögzítőelemek esetében, így alkalmasak a legtöbb szerkezeti csatlakozáshoz ipari robotokban.

– Oldatkezelés és öregedésA titánötvözetet α+β fázistartományba hevítik (körülbelül 940°C), ott tartják, majd vízzel hűtik és 480-540°C-on öregítik. Ez a technológia a titán kötőelemek szakítószilárdságát több mint 1100 MPa-ra, keménységét pedig HRC38-42-re növelheti, így alkalmassá teszik őket nagy terhelésű, nagy pontosságú robotizált reduktor csatlakozócsavarokhoz.

Felületkezelés

A robotizált rögzítőelemeknek bizonyos előterheléseket kell elviselniük az összeszerelés során, és egyes alkalmazások (például az élelmiszer-feldolgozó robotok és az óceánkutató robotok) rendkívül magas korrózióállóságot igényelnek. A Wstitanium különféle felületkezelési technológiákat alkalmaz a titán rögzítőelemek felületi tulajdonságainak további javítására.

– Pácolás és passziválásA Wstitanium salétromsav-hidrogén-fluorid keveréket használ a rögzítőelemek pácolásához, hogy eltávolítsa a feldolgozás során keletkező vízkövet és felületi szennyeződéseket. A rögzítőelemeket ezután salétromsavban passziválják, így egyenletes, sűrű TiO₂-oxid filmet képeznek (körülbelül 5-10 nm vastag). Ez az oxidfilm kivételes kémiai stabilitást mutat, biztosítva, hogy a titán rögzítőelemek több mint 1,000 órán át korróziómentesek maradjanak semleges sópermet-tesztben, így a legtöbb ipari környezetben alkalmasak.

– Plazma elektrolitikus oxidáció (PEO)Mikroív oxidációként is ismert eljárás, melynek során nagyfeszültségű impulzusáramot alkalmaznak a titánötvözet felületére, ami plazmakémiai reakciót vált ki az elektrolitban, így egy 10-50 μm vastag kerámia-oxid filmet képez. Ez a film erős tapadást mutat az aljzathoz (tapadás ≥ 50 MPa), HV500-800 keménységet, valamint kiváló kopás- és korrózióállóságot mutat (a sópermet-teszt élettartama meghaladja az 5,000 órát). Alkalmas robotrögzítőkhöz nagy kopásnak és magas korróziónak kitett környezetben (például tengeri robotok és élelmiszer-feldolgozó robotok).

– NitridálásMagas hőmérsékleten (700-800°C) és magas nitrogéntartalmú atmoszférában a nitrogénatomok behatolnak a titánötvözet felületébe, és egy TiN vegyületréteget képeznek (körülbelül 5-15 μm vastag). A TiN réteg HV1000-1200 keménységgel és alacsony súrlódási együtthatóval (0.15-0.25) rendelkezik, ami jelentősen javítja a rögzítőelemek kopásállóságát és berágásgátló tulajdonságait, megakadályozva a berágódást az összeszerelés során. Alkalmas robotkötések csavarjaihoz, amelyeket gyakori szétszerelés igényel.

– PVD bevonat (Fizikai gőzlerakódás): Magnetronos porlasztásos vagy ívionos bevonatolási technológiával egy kemény bevonatot (2-5 μm vastag), például TiN-t vagy TiAlN-t választanak le a titán rögzítőelemek felületére. Ez a bevonat rendkívül nagy keménységgel (HV2000 felett) és nagyon alacsony súrlódási együtthatóval rendelkezik. Kiváló magas hőmérsékleti ellenállást is kínál (akár 600 °C-ig), így alkalmassá teszi nagy sebességű, magas hőmérsékletű robotmotorok csatlakoztatására szolgáló rögzítőelemekhez.

A Wstitanium fejlett technológiát használ CNC megmunkálás technológia és szigorú minőségellenőrzési rendszer biztosítja titán kötőelemeinek kivételes pontosságát és stabilitását:

– MéretpontosságA kulcsfontosságú rögzítőelemek méretei (például a menetemelkedés átmérője, a csavar átmérője és hossza) IT6-IT7 tűréshatárokon belül vannak, ami jelentősen meghaladja a nemzeti szabványokat (jellemzően IT8-IT9).

– Geometriai tűrésekA csavarok koaxialitását és merőlegességét 0.01-0.02 mm-en belül szabályozzák, biztosítva a kötés minimális axiális eltérését az összeszerelés után.

– StabilitásA titánötvözet alacsony hőtágulási együtthatóval rendelkezik (8.6×10⁻⁶/°C), ami az acél hőtágulási együtthatójának mindössze 60%-a. Jelentős hőmérséklet-ingadozású környezetben (például autóipari hegesztőrobotok) a rögzítőelemek minimális méretváltozást mutatnak, így stabil előterhelést tartanak fenn, és megakadályozzák a kötések kilazulását, ami befolyásolhatná a pontosságot.