Soluciones de recubrimiento y anodizado duro para componentes de juntas de robots de servicio pesado

Cómo el acabado de superficies mejora la resistencia al desgaste, el rendimiento de la fricción y la confiabilidad del ensamblaje

Respuesta rápida

El acabado correcto de los componentes de la articulación del robot  es fundamental para los sistemas robóticos de servicio pesado porque los componentes de la articulación deben soportar cargas, movimientos, fricción y exposición ambiental repetidos mientras mantienen dimensiones de ensamblaje precisas. Para las juntas de robots de aluminio mecanizadas por CNC, el anodizado duro  se usa ampliamente para mejorar la dureza de la superficie, la resistencia al desgaste y la protección contra la corrosión sin agregar el peso asociado con los recubrimientos metálicos convencionales.

Sin embargo, el tratamiento superficial no se puede seleccionar independientemente del mecanizado. Antes de comenzar el mecanizado CNC, se deben considerar el espesor del recubrimiento, los orificios de los rodamientos, los orificios roscados, las superficies de contacto, la rugosidad de la superficie y las tolerancias dimensionales. Para juntas robóticas de precisión, el enfoque más confiable es diseñar los procesos de acabado y mecanizado CNC como un proceso de fabricación integrado.

Por qué es importante el acabado de los componentes de las juntas robóticas

Las articulaciones robóticas se encuentran entre las piezas mecánicamente más exigentes de un sistema robótico. A diferencia de los componentes estructurales estáticos, las carcasas de juntas, los portaengranajes, los soportes de motor y los componentes de varillaje están expuestos a movimientos repetidos y cargas cíclicas.

Las articulaciones de robots de servicio pesado pueden experimentar:

·  Alto par y cargas cíclicas

·  Movimiento rotacional u oscilante repetido

·  Desgaste por contacto y deslizamiento

·  Vibración e impacto

·  Requisitos estrictos de alineación

·  Ciclos de funcionamiento largos

Estas condiciones hacen que la ingeniería de superficies sea una parte importante del diseño de componentes.

Para las articulaciones de robots de aluminio, un acabado superficial adecuado puede ayudar a mejorar:

Por lo tanto, cuando los ingenieros buscan el mejor acabado para los componentes de las juntas de robots , deben evaluar el recubrimiento junto con la selección del material, la precisión del mecanizado, la rugosidad de la superficie y las condiciones de funcionamiento.

¿Qué hace que las juntas de robots de servicio pesado sean difíciles de terminar?

1. Altas cargas cíclicas y desgaste superficial

Las articulaciones de robots transmiten continuamente fuerzas mecánicas entre motores, engranajes, cojinetes y eslabones estructurales.

Las articulaciones de robots humanoides, como los conjuntos de cadera, rodilla, hombro y codo, pueden ser particularmente exigentes porque los mismos componentes pueden acelerar, desacelerar e invertir la dirección repetidamente.

Las aleaciones de aluminio como 6061-T6 y 7075-T6 son atractivas para estas aplicaciones porque proporcionan una alta relación resistencia-peso. Sin embargo, el aluminio sin tratar tiene una dureza superficial limitada en comparación con muchos aceros.

Por esta razón, los componentes de las juntas del robot de aluminio anodizado duro  pueden proporcionar una combinación útil de construcción liviana y durabilidad mejorada de la superficie.

2. Interfaces de tolerancia estricta

Las articulaciones de robots suelen contener varias interfaces de precisión dentro de un componente relativamente pequeño.

Los ejemplos incluyen:

·  Orificios de rodamientos

·  Ubicaciones de los ejes

·  Características de montaje de engranajes

·  Interfaces de motores

·  Agujeros para pasadores

·  Agujeros roscados

·  Superficies de contacto de precisión

El desafío es que la anodización cambia la condición de la superficie y las dimensiones de la pieza mecanizada.

Por lo tanto, es necesario considerar el anodizado duro durante la etapa inicial de DFM en lugar de agregarlo después de que las especificaciones de mecanizado ya hayan sido finalizadas.

3. Las estructuras livianas pueden ser más difíciles de mecanizar

Reducir el peso del robot a menudo requiere:

·  Secciones de pared delgada

·  Bolsillos profundos

·  Estructuras costales

·  Superficies curvas complejas

·  Remoción de material alrededor de áreas de carga

Estas características pueden reducir la rigidez estructural durante el mecanizado CNC y aumentar el riesgo de deformación.

Para carcasas de juntas de robots complejas, el mecanizado de cinco ejes puede reducir la cantidad de configuraciones y mejorar el acceso a múltiples superficies, al tiempo que ayuda a mantener la relación posicional entre características críticas.

¿Qué es el anodizado duro para piezas de robots de aluminio?

El anodizado duro, comúnmente conocido como anodizado tipo III, es un proceso electroquímico que convierte la superficie del aluminio en una capa de óxido de aluminio.

A diferencia de la pintura o los revestimientos chapados convencionales, la capa anódica se forma a partir del propio sustrato de aluminio.

Según el Consejo de Anodizadores de Aluminio, el anodizado de capa dura Tipo III está destinado a aplicaciones que requieren alta resistencia a la abrasión y durabilidad . La guía de referencia de AAC identifica espesores de recubrimiento típicos de Tipo III de aproximadamente 0,0005 a 0,0045 pulgadas (12,7 a 114,3 μm) , según la especificación y la aplicación.

El espesor de recubrimiento real que se puede lograr depende de factores que incluyen:

·  Aleación de aluminio

·  Estado de la superficie

·  Química de electrolitos

·  Parámetros eléctricos

·  Tiempo de procesamiento

·  Rendimiento de recubrimiento requerido

Por lo tanto, el espesor del recubrimiento debe especificarse de acuerdo con los requisitos funcionales de la articulación del robot en lugar de seleccionarse como un valor genérico.

Cómo el anodizado duro mejora el rendimiento de las articulaciones del robot

Resistencia al desgaste

La resistencia al desgaste es una de las principales razones por las que los ingenieros seleccionan el anodizado duro para los componentes mecánicos de aluminio.

La capa dura de óxido anódico proporciona una superficie más duradera que el aluminio sin tratar, lo que ayuda a proteger los componentes expuestos a contacto y abrasión repetidos.

Esto es particularmente relevante para:

·  Carcasas para juntas de robots

·  Portaequipos

·  Soportes de actuador

·  Componentes de enlace estructural

Para los ingenieros que investigan cómo mejorar la resistencia al desgaste de las piezas de aluminio de los robots , el anodizado duro puede ser una solución eficaz cuando el material del sustrato y el entorno operativo son adecuados.

Reducción de la fricción y control del desgaste

El rendimiento de la fricción requiere una consideración más cuidadosa que simplemente seleccionar un recubrimiento.

El anodizado duro puede proporcionar un comportamiento favorable de fricción y desgaste, pero el coeficiente de fricción real depende de varios factores, entre ellos:

·  Material de la contracara

·  Rugosidad superficial

·  Lubricación

·  Presión de contacto

·  Velocidad de deslizamiento

·  Temperatura

·  Condiciones de anodizado

En consecuencia, la reducción de la fricción  debe tratarse como un objetivo de diseño a nivel de sistema en lugar de una propiedad automática de cada superficie anodizada dura.

Para las articulaciones de robots móviles, los ingenieros deben evaluar el par de contactos completo y la estrategia de lubricación.

Protección contra la corrosión

Los equipos robóticos pueden funcionar en entornos que contienen humedad, productos químicos de limpieza o contaminantes industriales.

El anodizado duro crea una capa protectora de óxido que puede mejorar la resistencia a la corrosión de los componentes de aluminio.

Cuando se requiera protección ambiental adicional, se puede considerar el sellado u otros procesos de acabado compatibles según la aplicación.

Mecanizado CNC y anodizado duro: cómo controlar las dimensiones

Un desafío importante en la fabricación de piezas de juntas robóticas mecanizadas por CNC con tolerancias estrictas  es controlar las dimensiones antes y después del tratamiento de la superficie.

1. Margen de recubrimiento

El diseño debe tener en cuenta el espesor de anodizado especificado.

Las dimensiones críticas no deben simplemente mecanizarse hasta el tamaño nominal final y luego enviarse a recubrirse.

En cambio, los ingenieros deberían determinar:

·  Dimensión final requerida

·  Especificación del recubrimiento

·  Cambio dimensional esperado

·  Margen de mecanizado requerido

2. Orificios de rodamientos

Los asientos de los rodamientos suelen estar entre las características más críticas de una articulación de robot.

Dependiendo del diseño, los ingenieros pueden especificar:

·  Anodizado controlado

·  Enmascaramiento

·  Mecanizado postanodizado

·  Tratamiento superficial alternativo

La solución correcta depende del ajuste requerido y de si la superficie anodizada en sí es funcional.

3. Hilos y pequeños agujeros

Los orificios roscados y los orificios pequeños de precisión pueden requerir enmascaramiento o consideraciones dimensionales adicionales.

Los agujeros ciegos también requieren especial atención a:

·  Drenaje químico

·  Cobertura del recubrimiento

·  Limpieza

·  Fluidos de procesamiento residuales

Estos detalles deben identificarse durante el DFM en lugar de descubrirse después de la producción.

4. Rugosidad de la superficie

La rugosidad de la superficie debe especificarse según la función.

Una interfaz de soporte, una superficie de sellado y una superficie estructural externa no requieren necesariamente el mismo acabado.

Especificar excesivamente la rugosidad de la superficie puede aumentar el costo del mecanizado sin mejorar el rendimiento del robot.

Guía de diseño de ingeniería para el acabado de juntas robóticas

Este enfoque integrado es particularmente importante para el mecanizado CNC de precisión para articulaciones de robots humanoides , donde la reducción de peso y la precisión del ensamblaje deben lograrse simultáneamente.

Elegir el aluminio y el acabado superficial adecuados

La selección de materiales y el acabado deben evaluarse juntos.

Para estructuras robóticas livianas, a menudo se prefiere el aluminio cuando es importante reducir la masa en movimiento.

Sin embargo, el mejor material depende de:

·  Carga conjunta

·  Objetivo de peso

·  Maquinabilidad

·  Ambiente de corrosión

·  Tratamiento superficial requerido

·  Costo

·  Requisitos de montaje

Anodizado duro versus otras opciones de recubrimiento

Para los componentes de aluminio de juntas de robots donde la baja masa, la durabilidad y la protección contra la corrosión son importantes, el anodizado duro suele ser un buen punto de partida.

Sin embargo, no es una solución universal. Los componentes expuestos a desgaste por deslizamiento extremo, alta presión de contacto o entornos químicos especializados pueden requerir un recubrimiento o combinación de materiales diferente.

¿Cuándo deberían los ingenieros elegir el anodizado duro?

El anodizado duro es particularmente adecuado cuando un componente de articulación de robot requiere:

·  Construcción ligera de aluminio

·  Dureza superficial mejorada

·  Alta resistencia a la abrasión

·  Protección contra la corrosión

·  Durabilidad superficial controlada

·  Peso mínimo de recubrimiento agregado

Se debe evaluar más cuidadosamente cuando el componente contiene interfaces deslizantes altamente cargadas, ajustes funcionales extremadamente ajustados o superficies donde la capa anodizada podría interferir con el ensamblaje.

La clave es especificar primero el requisito de la superficie funcional y luego seleccionar el proceso de acabado..

Consideraciones de DFM para componentes de juntas de robots de producción

Para componentes robóticos complejos, el acabado de la superficie debe incluirse en la revisión de ingeniería antes de la producción.

Una revisión de DFM debería confirmar:

1. Material y temperamento

2. Tolerancias dimensionales críticas

3. Requisitos de rugosidad de la superficie

4. Especificación de anodizado duro

5. Espesor del revestimiento

6. Requisitos de enmascaramiento

7. Interfaces de rodamiento y acoplamiento

8. Requisitos de inspección

Dawang Precision aplica este enfoque integrado a componentes estructurales robóticos de precisión, combinando capacidades de mecanizado CNC con mecanizado de cinco ejes, inspección dimensional y revisión de ingeniería. Su entorno de fabricación incluye más de 400 máquinas CNC , incluidos equipos de cinco ejes Mazak y Röders.

El propósito no es simplemente lograr una dimensión mecanizada, sino garantizar que el componente terminado funcione correctamente después del mecanizado, anodizado, inspección y ensamblaje..

Evaluación DFM gratuita para los componentes de la articulación de su robot

Un acabado confiable de los componentes de las juntas de robots  comienza con el diseño, no en la línea de anodizado.

Si está desarrollando juntas de robots de alta resistencia, carcasas de actuadores, soportes de engranajes o componentes estructurales robóticos livianos, envíe sus dibujos STEP o PDF  al equipo de ingeniería de Dawang Precision.

Podemos revisar:

·  Viabilidad del mecanizado

·  Tolerancias críticas

·  Requisitos de acabado superficial

·  Consideraciones de anodizado

·  Interfaces de montaje

·  Posibles mejoras en DFM

Envíe su dibujo STEP o PDF para una evaluación DFM gratuita y reciba comentarios de ingeniería en un plazo de 24 horas.

Preguntas frecuentes: Acabado de componentes de juntas de robots

P1: ¿Cuál es el mejor acabado para los componentes de juntas de robots de aluminio?

El anodizado duro suele ser una buena opción cuando el componente requiere una mayor resistencia al desgaste, dureza de la superficie y protección contra la corrosión, manteniendo al mismo tiempo las ventajas de peso del aluminio.

P2: ¿El anodizado duro cambia las dimensiones del CNC?

Sí. La capa anódica cambia las dimensiones finales de la superficie, por lo que se deben considerar el espesor del recubrimiento y la compensación dimensional durante la programación CNC y DFM.

P3: ¿Es el anodizado duro adecuado para los orificios de los rodamientos?

Puede serlo, pero la respuesta depende del ajuste requerido del rodamiento y de la superficie funcional. Es posible que se requiera enmascaramiento, recubrimiento controlado o mecanizado posterior al tratamiento para orificios críticos.

P4: ¿El anodizado duro reduce automáticamente la fricción?

No. La fricción depende del sistema de contacto completo, incluido el material de la contracara, la rugosidad, la lubricación, la carga y la velocidad. El anodizado duro puede contribuir a un comportamiento favorable frente al desgaste y la fricción, pero no debe tratarse como un recubrimiento universal de baja fricción.

P5: ¿Qué aluminio es mejor para las articulaciones de robots: 6061 o 7075?

7075-T6 generalmente proporciona mayor resistencia, mientras que 6061-T6 ofrece excelente maquinabilidad y una combinación equilibrada de propiedades mecánicas y de corrosión. La elección adecuada depende de la carga, el peso, el entorno y los requisitos de fabricación de la junta.