Solutions d'anodisation dure et de revêtement pour les composants de joints de robots robustes

Comment la finition de surface améliore la résistance à l'usure, les performances de friction et la fiabilité de l'assemblage

Réponse rapide

La bonne finition des composants de joint de robot  est essentielle pour les systèmes robotiques à usage intensif, car les composants de joint doivent résister à des charges, des mouvements, des frottements et une exposition environnementale répétés tout en conservant des dimensions d'assemblage précises. Pour les joints de robots en aluminium usinés CNC, l'anodisation dure  est largement utilisée pour améliorer la dureté de surface, la résistance à l'usure et la protection contre la corrosion sans ajouter le poids associé aux revêtements métalliques conventionnels.

Cependant, le traitement de surface ne peut être choisi indépendamment de l'usinage. L'épaisseur du revêtement, les alésages des roulements, les trous filetés, les surfaces de contact, la rugosité de la surface et les tolérances dimensionnelles doivent tous être pris en compte avant le début de l'usinage CNC. Pour les joints robotisés de précision, l’approche la plus fiable consiste à concevoir les processus d’usinage et de finition CNC comme un seul processus de fabrication intégré.

Pourquoi la finition des composants des joints de robot est importante

Les articulations des robots font partie des pièces les plus exigeantes sur le plan mécanique dans un système robotique. Contrairement aux composants structurels statiques, les boîtiers de joints, les supports d'engrenages, les supports de moteur et les composants de liaison sont exposés à des mouvements répétés et à des charges cycliques.

Les articulations de robots robustes peuvent subir :

·  Couple élevé et charges cycliques

·  Mouvements de rotation ou d'oscillation répétés

·  Usure par contact et par glissement

·  Vibrations et impacts

·  Exigences d'alignement strictes

·  Cycles de fonctionnement longs

Ces conditions font de l’ingénierie des surfaces une partie importante de la conception des composants.

Pour les joints de robots en aluminium, une finition de surface adaptée peut contribuer à améliorer :

Par conséquent, lorsque les ingénieurs recherchent la meilleure finition pour les composants de joint de robot , ils doivent évaluer le revêtement ainsi que la sélection des matériaux, la précision de l'usinage, la rugosité de la surface et les conditions de fonctionnement.

Qu'est-ce qui rend les joints de robots robustes difficiles à finir ?

1. Charges cycliques élevées et usure des surfaces

Les articulations des robots transmettent en permanence des forces mécaniques entre les moteurs, les engrenages, les roulements et les liaisons structurelles.

Les articulations des robots humanoïdes telles que les ensembles de hanche, de genou, d'épaule et de coude peuvent être particulièrement exigeantes car les mêmes composants peuvent accélérer, décélérer et inverser la direction de manière répétée.

Les alliages d'aluminium tels que le 6061-T6 et le 7075-T6 sont intéressants pour ces applications car ils offrent un rapport résistance/poids élevé. Cependant, l’aluminium non traité a une dureté de surface limitée par rapport à de nombreux aciers.

Pour cette raison, les composants de joint de robot en aluminium anodisé dur  peuvent offrir une combinaison utile de construction légère et de durabilité de surface améliorée.

2. Interfaces à tolérance stricte

Les articulations de robots contiennent souvent plusieurs interfaces de précision au sein d’un composant relativement petit.

Les exemples incluent :

·  Alésages de roulement

·  Emplacements des puits

·  Caractéristiques de montage des engrenages

·  Interfaces moteur

·  Trous pour chevilles

·  Trous filetés

·  Surfaces de contact de précision

Le défi est que l’anodisation modifie l’état de surface et les dimensions de la pièce usinée.

L'anodisation dure doit donc être envisagée lors de la phase initiale de DFM plutôt que ajoutée une fois que les spécifications d'usinage ont déjà été finalisées.

3. Les structures légères peuvent être plus difficiles à usiner

Réduire le poids du robot nécessite souvent :

·  Sections à paroi mince

·  Poches profondes

·  Structures nervurées

·  Surfaces courbes complexes

·  Enlèvement de matière autour des zones porteuses

Ces caractéristiques peuvent réduire la rigidité structurelle lors de l'usinage CNC et augmenter le risque de déformation.

Pour les boîtiers d'articulation de robot complexes, l'usinage sur cinq axes peut réduire le nombre de configurations et améliorer l'accès à plusieurs surfaces tout en aidant à maintenir la relation de position entre les caractéristiques critiques.

Qu'est-ce que l'anodisation dure pour les pièces de robots en aluminium ?

L'anodisation dure, communément appelée anodisation de type III, est un processus électrochimique qui convertit la surface de l'aluminium en une couche d'oxyde d'aluminium.

Contrairement à la peinture ou aux revêtements plaqués classiques, la couche anodique est formée à partir du substrat en aluminium lui-même.

Selon l'Aluminium Anodizers Council, l'anodisation dure de type III est destinée aux applications nécessitant une résistance à l'abrasion et une durabilité élevées . Le guide de référence AAC identifie les épaisseurs typiques de revêtement de type III d'environ 0,0005 à 0,0045 pouces (12,7 à 114,3 μm) , selon les spécifications et l'application.

L'épaisseur de revêtement réelle réalisable dépend de facteurs tels que :

·  Alliage d'aluminium

·  État des surfaces

·  Chimie des électrolytes

·  Paramètres électriques

·  Délai de traitement

·  Performances de revêtement requises

Par conséquent, l’épaisseur du revêtement doit être spécifiée en fonction des exigences fonctionnelles du joint du robot plutôt que sélectionnée comme valeur générique.

Comment l'anodisation dure améliore les performances des articulations du robot

Résistance à l'usure

La résistance à l’usure est l’une des principales raisons pour lesquelles les ingénieurs choisissent l’anodisation dure pour les composants mécaniques en aluminium.

La couche dure d'oxyde anodique offre une surface plus durable que l'aluminium non traité, aidant à protéger les composants exposés à des contacts et à l'abrasion répétés.

Ceci est particulièrement pertinent pour :

·  Boîtiers de joint de robot

·  Porte-engrenages

·  Supports d'actionneur

·  Composants de liaison structurelle

Pour les ingénieurs qui étudient comment améliorer la résistance à l'usure des pièces de robots en aluminium , l'anodisation dure peut être une solution efficace lorsque le matériau du substrat et l'environnement d'exploitation sont appropriés.

Réduction de la friction et contrôle de l'usure

Les performances de friction nécessitent une considération plus minutieuse que la simple sélection d’un revêtement.

L'anodisation dure peut offrir un comportement de friction et d'usure favorable, mais le coefficient de friction réel dépend de plusieurs facteurs, notamment :

·  Matériau de surface

·  Rugosité de surface

·  Lubrification

·  Pression de contact

·  Vitesse de glissement

·  Température

·  Conditions d'anodisation

Par conséquent, la réduction du frottement  doit être traitée comme un objectif de conception au niveau du système plutôt que comme une propriété automatique de chaque surface anodisée dure.

Pour les articulations de robots mobiles, les ingénieurs doivent évaluer la paire de contacts complète et la stratégie de lubrification.

Protection contre la corrosion

Les équipements robotiques peuvent fonctionner dans des environnements contenant de l’humidité, des produits chimiques de nettoyage ou des contaminants industriels.

L'anodisation dure crée une couche d'oxyde protectrice qui peut améliorer la résistance à la corrosion des composants en aluminium.

Lorsqu’une protection environnementale supplémentaire est requise, un scellement ou d’autres processus de finition compatibles peuvent être envisagés en fonction de l’application.

Usinage CNC et anodisation dure : comment contrôler les dimensions

Un défi majeur dans la fabrication de pièces de joint robotique usinées CNC avec des tolérances serrées  est le contrôle des dimensions avant et après le traitement de surface.

1. Allocation de revêtement

La conception doit tenir compte de l’épaisseur d’anodisation spécifiée.

Les dimensions critiques ne doivent pas simplement être usinées à la taille nominale finale puis envoyées pour revêtement.

Au lieu de cela, les ingénieurs doivent déterminer :

·  Dimension finale requise

·  Spécification du revêtement

·  Changement dimensionnel attendu

·  Surépaisseur d'usinage requise

2. Alésages de roulement

Les sièges de roulement font souvent partie des caractéristiques les plus critiques d’une articulation de robot.

Selon la conception, les ingénieurs peuvent spécifier :

·  Anodisation contrôlée

·  Masquage

·  Usinage post-anodisation

·  Traitement de surface alternatif

La bonne solution dépend de l'ajustement requis et de la fonctionnalité de la surface anodisée elle-même.

3. Fils et petits trous

Les trous filetés et les petits trous de précision peuvent nécessiter un masquage ou une prise en compte dimensionnelle supplémentaire.

Les trous borgnes nécessitent également une attention particulière aux éléments suivants :

·  Drainage chimique

·  Couverture du revêtement

·  Nettoyage

·  Fluides de traitement résiduels

Ces détails doivent être identifiés lors du DFM plutôt que découverts après la production.

4. Rugosité de la surface

La rugosité de la surface doit être spécifiée en fonction de la fonction.

Une interface de roulement, une surface d'étanchéité et une surface structurelle externe ne nécessitent pas nécessairement la même finition.

Une rugosité de surface excessive peut augmenter les coûts d’usinage sans améliorer les performances du robot.

Guide de conception technique pour la finition des joints robotisés

Cette approche intégrée est particulièrement importante pour l'usinage CNC de précision des articulations de robots humanoïdes , où la réduction du poids et la précision de l'assemblage doivent être obtenues simultanément.

Choisir le bon aluminium et la bonne finition de surface

La sélection des matériaux et la finition doivent être évaluées ensemble.

Pour les structures robotiques légères, l’aluminium est souvent préféré lorsqu’il est important de réduire la masse en mouvement.

Cependant, le meilleur matériau dépend de :

·  Charge conjointe

·  Objectif de poids

·  Usinabilité

·  Environnement corrosif

·  Traitement de surface requis

·  Coût

·  Exigences d'assemblage

Anodisation dure par rapport aux autres options de revêtement

Pour les composants de joint de robot en aluminium pour lesquels la faible masse, la durabilité et la protection contre la corrosion sont des critères importants, l'anodisation dure constitue souvent un bon point de départ.

Il ne s’agit cependant pas d’une solution universelle. Les composants exposés à une usure extrême par glissement, à une pression de contact élevée ou à des environnements chimiques spécialisés peuvent nécessiter un revêtement ou une combinaison de matériaux différente.

Quand les ingénieurs devraient-ils choisir l’anodisation dure ?

L'anodisation dure est particulièrement adaptée lorsqu'un composant de joint de robot nécessite :

·  Construction légère en aluminium

·  Dureté de surface améliorée

·  Haute résistance à l'abrasion

·  Protection contre la corrosion

·  Durabilité des surfaces contrôlée

·  Poids de revêtement ajouté minimal

Elle doit être évaluée plus attentivement lorsque le composant contient des interfaces coulissantes fortement chargées, des ajustements fonctionnels extrêmement serrés ou des surfaces sur lesquelles la couche anodisée pourrait interférer avec l'assemblage.

La clé est de spécifier d'abord les exigences fonctionnelles de la surface, puis de sélectionner le processus de finition..

Considérations DFM pour les composants communs des robots de production

Pour les composants robotiques complexes, la finition de surface doit être incluse dans l’examen technique avant la production.

Un examen DFM devrait confirmer :

1. Matériau et état

2. Tolérances dimensionnelles critiques

3. Exigences de rugosité de surface

4. Spécification d'anodisation dure

5. Épaisseur du revêtement

6. Exigences de masquage

7. Interfaces de roulement et d'accouplement

8. Exigences d'inspection

Dawang Precision applique cette approche intégrée aux composants structurels robotiques de précision, combinant les capacités d'usinage CNC avec l'usinage à cinq axes, l'inspection dimensionnelle et l'examen technique. Son environnement de fabrication comprend plus de 400 machines CNC , dont des équipements à cinq axes Mazak et Röders.

Le but n'est pas simplement d'obtenir une dimension usinée, mais de garantir que le composant fini fonctionne correctement après l'usinage, l'anodisation, l'inspection et l'assemblage..

Évaluation DFM gratuite pour les composants communs de votre robot

Une finition fiable des composants de joints de robots  commence dès la conception, et non au niveau de la ligne d'anodisation.

Si vous développez des joints de robot robustes, des boîtiers d'actionneurs, des supports d'engrenages ou des composants structurels robotiques légers, envoyez vos dessins STEP ou PDF  à l'équipe d'ingénierie de Dawang Precision.

Nous pouvons revoir :

·  Faisabilité d'usinage

·  Tolérances critiques

·  Exigences de finition de surface

·  Considérations sur l'anodisation

·  Interfaces d'assemblage

·  Améliorations potentielles du DFM

Soumettez votre dessin STEP ou PDF pour une évaluation DFM gratuite et recevez des commentaires techniques dans les 24 heures.

FAQ : Finition des composants du joint de robot

Q1 : Quelle est la meilleure finition pour les composants de joint de robot en aluminium ?

L'anodisation dure est souvent un choix judicieux lorsque le composant nécessite une résistance à l'usure, une dureté de surface et une protection contre la corrosion améliorées tout en conservant les avantages de poids de l'aluminium.

Q2 : L'anodisation dure modifie-t-elle les dimensions de la CNC ?

Oui. La couche anodique modifie les dimensions finales de la surface, c'est pourquoi l'épaisseur du revêtement et la compensation dimensionnelle doivent être prises en compte lors de la programmation CNC et du DFM.

Q3 : L’anodisation dure convient-elle aux alésages de roulement ?

C'est possible, mais la réponse dépend de l'ajustement du roulement requis et de la surface fonctionnelle. Un masquage, un revêtement contrôlé ou un usinage post-traitement peuvent être nécessaires pour les alésages critiques.

Q4 : L'anodisation dure réduit-elle automatiquement la friction ?

Non. La friction dépend de l'ensemble du système de contact, notamment du matériau de la surface d'appui, de la rugosité, de la lubrification, de la charge et de la vitesse. L'anodisation dure peut contribuer à un comportement favorable à l'usure et au frottement, mais ne doit pas être traitée comme un revêtement universel à faible friction.

Q5 : Quel aluminium est le meilleur pour les joints de robot : 6061 ou 7075 ?

Le 7075-T6 offre généralement une résistance supérieure, tandis que le 6061-T6 offre une excellente usinabilité et une combinaison équilibrée de propriétés mécaniques et de corrosion. Le choix approprié dépend de la charge, du poids, de l'environnement et des exigences de fabrication du joint.