Роботизированная лазерная наплавка пресс-форм

Уральское производство, изготавливающее оборудование и готовые изделия для пищевой промышленности приняло решение об освоении для себя новой технологии – наплавки пресс-форм. После тщательного изучения рынка руководство доверило проектирование ячейки команде профессионалов от SMD. Ранее наплавка пресс-форм не выполнялась на производстве в принципе, но, благодаря стабильному росту предприятия, руководство решило начать освоение совершенно новой для себя технологии. В необходимости именно роботизированной, а не автоматизированной ячейки сомнений не было, но вот вопрос о типе источника энергии для наплавки обсуждался продолжительное время. Специалисты клиента рассматривали как плазменную, так и лазерную роботизированную наплавку и, в ходе вдумчивых переговоров, обсуждений обоих процессов и желаемых результатов, выбор пал именно на лазер.

Лазерная наплавка отличается от плазменной минимальной зоной тепловложения, за счёт чего практически отсутствует термическая деформация. Также за счёт малого радиуса луча лазерная наплавка более точная, в сравнении с плазменной. В качестве присадочного материала можно использовать проволоку либо специализированный наплавочный порошок. В данном проекте использовался порошок на никелевой основе. Материал, на который выполняется наплавка, чугун.

Сам процесс лазерной наплавки с использованием порошка происходит следующим образом:

Поверхность, на которую будет наплавляться материал (подложка) обрабатывается. С неё удаляются слои загрязнения, краски и защитные плёнки. Наплавочный материал (порошок или проволока) подаётся к фокусной точке лазера. Энергия лазера расплавляет наплавочный материал, образуя небольшую ванну. Робот медленно движется, создавая непрерывный наплавленный слой. Свежесформированный слой быстро остывает, создавая прочное соединение с подложкой. При необходимости поверхность подвергают постобработке (шлифовка, полировка и прочее).

Так как лазерная наплавка также характеризуется быстрым нагревом и остыванием поверхности, готовое изделие не требует много времени для остывания перед последующими операциями.

Состав оборудования роботизированной ячейки лазерной наплавки

Промышленный робот серии RB, GSX

Робот-манипулятор с грузоподъёмностью до 20 кг предназначен для осуществления технологических операций, таких как сварка, резка, наплавка, штамповка, покраска, паллетирование. Грузоподъёмность подбиралась с учётом веса рабочего органа с наплавочным порошком.

Двухосевой сварочный манипулятор для роботов, GSX

Двухосевой позиционер используется для большего удобства позиционирования обрабатываемого изделия в процессе проведения технологической операции, а также для увеличения рабочей зоны робота-манипулятора. Управление двухосевым манипулятором интегрировано в общую систему управления роботом и осуществляется с пульта управления роботом.

Лазерный источник RFL-C6000

Оптоволоконный лазерный источник с номинальной мощностью 6 кВт. Интерфейс управления полностью на русском языке, а за счёт наличия колёсных опор источник легко перемещать по ячейке или по цеху.

Чиллер CWFL-6000W

Предназначен для жидкостного охлаждения оптоволокна и оптических устройств в процессе лазерной сварки, резки, чистки, наплавки и т.д.

Система подачи порошка

Система подачи порошка является системой, хранящей в себе наплавочный порошок и подающей его к месту наплавки контролируемым образом. Поставленная модель имеет 2 бункера для порошка, один для обычной подачи порошка, и второй для подачи порошка с перемешиванием его внутри бункера. К месту наплавки порошок подаётся с защитным газом.

Стабилизатор напряжения

Поставленное оборудование чувствительно к значительным скачкам и просадкам по напряжению, и именно для их контроля и предупреждения был установлен стабилизатор напряжения.

Лазерная наплавочная головка

Лазерная головка подходит для волоконных и полупроводниковых лазеров и имеет увеличенный диапазон коллимационной фокусировки (до 48 мм). В корпусе головки расположена камера, выводящая изображение на внешний монитор. Данная система используется в подавляющем большинстве роботизированных лазерных систем и предназначена для повышения точности позиционирования рабочего органа относительно сварного шва, либо относительно обрабатываемой поверхности.

Система безопасности с ограждениями

Система безопасности с ограждениями собственной разработки предназначена для защиты сотрудников от отражённого лазерного излучения, а также для предупреждения возможный аварийных ситуаций, связанных с использованием промышленного робота.

Технология работы роботизированной ячейки

Процесс работы оператора на данной ячейке выглядит следующим образом:

• Оператор устанавливает заготовку в зажимном патроне на двухосевом позиционере и покидает огороженную зону, плотно закрывая за собой дверь. На двери расположен датчик, при размыкании которого (открытии двери) вся работа РТК прекращается. Данное решение направлено на предупреждение возникновения аварийных ситуаций
• Оператор запускает заранее написанную программу с выносного пульта, установленного на столбе защитного ограждения
• Робот движется и начинается процесс лазерной роботизированной наплавки с применением порошка
• По завершению процесса наплавки оператор заходит в рабочую зону, снимает готовую деталь и устанавливает новую заготовку. При необходимости – с пульта робота корректируется выполняемая программа, либо задаётся новая.

При обсуждении проекта было принято решении о конкретном количестве рабочих часов, в течение которых сотрудники СМД должны были сопровождать производство при использовании робоячейки после подписания акта о вводе оборудования в эксплуатацию. В течение этого времени были отработаны рабочие процессы, подобраны режимы наплавки с оптимальными для конкретного изделия показателями, отработаны все тонкости работы с лазерным наплавочным оборудованием, сотрудники производства стали уверенными операторами робота, а также, по просьбе заказчика, РТК был перенесён в другое место без потери рабочих программ.

Изготовленные изделия обладают цельной структурой, без пор и поводок, а сам процесс наплавки занимает не более 5 минут. По результатам работы робоячейки сотрудники производства уже начали обсуждение схем дальнейшей роботизации учитывая скорость обработки одного изделия и желаемые объёмы выпускаемой продукции. По ходу обсуждений специалисты Smart Mechanical Devices оказывают всестороннюю техническую поддержку, консультируя по различным вопросам, от подбора рабочих параметров и марки наплавочного порошка, до возможных сроков поставки оборудования после заказа.