Промышленные робототехнические отливки

Когда слышишь про промышленные робототехнические отливки, многие сразу представляют блестящие алюминиевые детали с ЧПУ-обработкой. А на деле чаще работаешь с серым чугуном, где главное — не внешний лоск, а стабильность геометрии под нагрузкой. Мы в АО Шаньси Боин Литье через это прошли — сначала думали, что кокильное литье решит все проблемы, а потом столкнулись с внутренними напряжениями в ответственных узлах манипуляторов.

Где чугун побеждает алюминий

В робототехнике несущие конструкции — основа основ. Вот, например, поворотные базы манипуляторов KUKA: если сделать из алюминия, вибрации съедают точность позиционирования. А чугун марки ВЧ50 гасит колебания лучше, плюс дешевле в серии. Но тут есть нюанс — нельзя просто взять и отлить деталь по автомобильным стандартам. Толщина стенок, литниковые системы, термообработка — всё иначе.

Один заказчик как-то требовал от нас отливки для робота-сварщика с допусками ±0.3 мм. Сделали по классической технологии — появились раковины в зоне крепления редуктора. Пришлось переделывать с подогревом формы, хотя изначально в техпроцессе этого не предусматривали. Такие моменты в учебниках не пишут.

Сейчас для промышленных робототехнических отливок используем модифицированный ВЧ60 — у него прочность ближе к стали, но сохраняется литейная технологичность. Важно, чтобы графит был сфероидальный без пережога, иначе при механической обработке инструмент горит. Проверяем не только химию, но и структуру металла на сколах — старомодно, но надёжно.

Ошибки, которые дорого учат

В 2019 году пробовали делать крупногабаритные отливки корпусов для роботов-палетайзеров. Рассчитали всё по ГОСТам, а при испытаниях появились трещины в рёбрах жёсткости. Оказалось, проблема в скорости охлаждения — для робототехники нужны плавные переходы сечений, а мы сделали как для компрессорных блоков. Переделали с рёбрами переменной толщины, добавили отжиг.

Ещё частый косяк — экономия на модельной оснастке. Делали однажды партию кронштейнов для роботов FANUC, сэкономили на знаках. В итоге смещение плоскости крепления на 0.5 мм привело к браку 40% деталей. Теперь всегда закладываем запас по припускам именно для роботостроения — тут геометрия важнее, чем в автомобилестроении.

Кстати, на сайте https://www.byzz.ru мы как раз выложили техтребования к отливкам для роботов — там есть конкретные цифры по твердости (180-240 HB для большинства узлов) и рекомендации по термообработке. Но живые случаи, конечно, сложнее любой документации.

Почему Шаньси Боин Литье специализируется на сложных отливках

Наше производство изначально заточено под ответственные детали — от компрессоров до сельхозтехники. Когда начали делать промышленные робототехнические отливки, оказалось, что наш опыт с высокопрочным чугуном идеально лёг на новые задачи. Например, контроль шероховатости в литьё для роботов-упаковщиков — там, где поверхности скольжения, нельзя допускать рисок выше Rz 20.

Сейчас 30% мощностей АО Шаньси Боин Литье работает на роботостроителей. Основной объём — это базовые элементы и корпусные детали, но постепенно осваиваем и сложные узлы типа поворотных механизмов с внутренними каналами.

Важно, что мы не пытаемся конкурировать с лёгкими сплавами там, где нужна минимальная масса. Зато в стационарных промышленных роботах наш чугун даёт ту самую жёсткость, которая нужна для многолетней работы без люфтов. Проверяли на роботах-сварщиках — через 50 000 циклов отклонения в позиционировании не превысили 0.1 мм.

Технологические тонкости, которые не увидишь в ТУ

При литье оснований роботов всегда есть риск коробления — особенно в плитах размером от метра. Решаем предварительным подогревом оснастки до 80-100°C, хотя это удорожает процесс. Но для робототехники лучше перестраховаться — потом доводить плоскость фрезеровкой дороже.

Ещё момент — литниковые системы. Для промышленных робототехнических отливок нельзя использовать стандартные решения от автомобильного литья. Поток металла должен заполнять форму так, чтобы в зонах крепления приводов не было свищей. Иногда идём на увеличение расхода металла, но получаем монолитную структуру.

Контролируем не только механические свойства, но и остаточные напряжения. После термообработки проверяем детали тензометрией — если видим перекосы выше допустимого, отправляем на правку. Бывало, что из-за этого срывались сроки, но зато клиенты знают — наши отливки не поведёт со временем.

Что ждёт отрасль в ближайшие годы

Сейчас всё больше запросов на гибридные решения — например, чугунные основания с алюминиевыми узлами. Это сложнее в производстве, но даёт выигрыш в массе. Мы в АО Шаньси Боин Литье уже экспериментируем с комбинированными отливками, пока на уровне НИОКР.

Ещё тренд — уменьшение толщин стенок при сохранении жёсткости. Для роботов нового поколения пытаемся уйти от массивных конструкций, но пока чугун проигрывает в этом компонентам из спецсталей. Хотя для серийных моделей экономика всё равно на нашей стороне.

Главное, что поняли за годы работы с промышленными робототехническими отливками — тут нельзя работать по шаблону. Каждый новый робот — это новые требования, и подходить нужно с пониманием физики его работы, а не просто с таблицами допусков. Наверное, поэтому к нам возвращаются те, кто однажды попробовал сделать отливки по нашим технологиям.