Удаление литников и отделка линии разъема: от пресс-формы до роботизированной ячейки

Удаление литников кажется самой простой операцией на заводе по литью под давлением. Деталь выходит из машины с бисквитом, каналом, литником, излишками и тонким краем вспенивания вдоль линии разъема, и кому-то нужно всё это снять, прежде чем деталь можно будет обработать, отполировать, покрыть или собрать. На практике это одна из трех операций, определяющих, укладывается ли линия отделки в свой такт, и она чаще всего выбирается методом догадок.

В этой статье рассматривается вся цепочка: как определить размер пресса для обрезки, как настроить ленточную пилу для алюминия, сколько остатков оставить, почему ручная шлифовка шлифовальной лентой становится узким местом, что реально дает роботизированная ячейка по сравнению с ручной работой, как разработать приспособление, что требует пыле- и туманозащитная оболочка, и как написать критерий приемки, который и поставщик, и заказчик будут понимать одинаково.

Что должно быть снято с отливки

Холоднокамерный выстрел дает пять вещей, которые не являются частью детали:

• Бисквит. Заготовка, оставленная в шейке для заливки, обычно диаметром 30–90 мм и толщиной 15–40 мм в зависимости от размера машины и веса заливки.
• Канал. Распределительный канал от бисквита к литнику, обычно толщиной 8–25 мм по эквивалентной толщине.
• Литник. Ограничение в конце формы. Для алюминия это обычно 0,8–3,0 мм толщиной и 20–150 мм шириной, и это специально самое толстое, горячее, медленно застывающее соединение, поскольку давление усиления должно проходить через него.
• Излишки и вентиляционные отверстия. Маленькие резервуары в конце заливки, обычно 5–15 мм в диаметре, прикрепленные тонкой шейкой толщиной 0,5–1,5 мм.
• Заусенцы по линии раздела. Крайфин толщиной 0,05–0,6 мм по всему периметру разделения, толще там, где форма изношена или где сила зажима была минимальной.

Каждое из этих элементов требует своего метода удаления. Излишки и вспенивание можно обрезать в штампе для отделки. Бисквит обычно распиливают. Литник обычно распиливают или режут, а затем шлифуют, потому что остаток литника находится на косметической или герметизирующей поверхности и не должен выступать.

Проектирование пресса для отделки и подбор тоннажа

Обрезка — это операция резания, поэтому сила равна площади реза, умноженной на прочность среза сплава при температуре, при которой выполняется обрезка.

F = L x t x τ, где L — длина линии реза в миллиметрах, t — толщина заготовки в миллиметрах, а τ — прочность среза, примерно 140–200 Н/мм² для алюминиевых сплавов, таких как A380 и ADC12, при обрезке в теплом состоянии.

Ловушка — это L. Люди рассчитывают площадь литника и забывают о периметре линии разъема. Вот пример расчета:

• Ворота: толщина 3,0 мм, ширина 60 мм. Линия реза = 2 x (60 + 3) = 126 мм. Площадь среза = 126 x 3,0 = 378 мм².
• Ляпин: средняя толщина 0,40 мм по периметру разделения около 620 мм. Площадь среза = 620 x 0,40 = 248 мм².
• Шейки переполнения: восемь шейок, каждая 12 мм длиной и 1,0 мм шириной = 96 мм².
• Общая площадь среза = 722 мм². При τ = 170 Н/мм², F = 122 740 Н, примерно 12,5 тонн.

Затем применяется коэффициент увеличения от 1,8 до 2,5 для учета износа ножа, роста зазора, холодных деталей в понедельник утром и более толстого ляпина, который образуется в последующих 20 000 ударах. Это означает, что для обработки этого изделия нужен пресс мощностью 25-30 тонн, а не 12 тонн, как показывает первоначальный расчет.

Детали конструкции, которые важнее номера тоннажа:

• Зазор лезвия от 5 до 8 процентов толщины заготовки с каждой стороны. Слишком малый зазор удваивает силу и повреждает лезвие; слишком большой — сглаживает кромку и оставляет заусенцы.
• Угол среза от 2 до 3 градусов по отношению к лезвию, чтобы рез происходил постепенно, а не сразу. Обычно это уменьшает пиковую силу на 30-40 процентов.
• Материал лезвия закалён до 58-62 HRC, с интервалом заточки, отслеживаемым по количеству отработанных ударов; на алюминии обычно 40 000–80 000 ударов, прежде чем потребуется заточка края.
• Температура обрезки. Обработка при температуре 150-250 градусов Цельсия вместо температуры окружающей среды снижает силу на 20-30 процентов и обеспечивает более чистый разрыв с меньшим количеством заусенцев на линии разреза.
• Поддержка детали. Отливка должна поддерживаться с косметической стороны до нагрузки лезвием, иначе вместо заусенца появится вмятина.

Параметры резки ленточной пилой для алюминия

Бисквитные и тяжелые секции направляющих обычно распиливают вручную или на автоматической пильной раме, которая является первым станцией линии отделки.

Два правила помогают пиле избегать проблем. Во-первых, всегда держите как минимум два зуба в резе; резка стенки толщиной 1,5 мм пилой с шагом 3/4 TPI быстро приводит к износу зубьев. Во-вторых, не допускайте трения пилы о материал. Большинство производственных пил управляются силой, а не положением, и тупая пила под постоянным усилием подачи нагревается вместо того, чтобы резать стружку, что закаливает кромку пропила и усложняет последующую заточку, увеличивая снятие металла сверх запланированного.

Остаточный стебель, оставляемый пилой, является преднамеренным решением, а не случайностью:

• Оставляйте от 0,5 до 2,0 мм стебля для этапа шлифовки.
• Держите положение пилы с точностью до плюс или минус 0,2 мм и проверяйте его еженедельно с помощью калибровочной линейки, потому что высота стебля является самым большим фактором вариации времени цикла шлифовки.
• Слишком маленький стебель и лезвие режет стенку отливки. Слишком большой — и вы просто переносите узкое место дальше по цепочке на конвейер.

Почему ручная шлифовка воротников конвейера становится узким местом

Шлифовка воротника вручную — это контролируемая работа по удалению материала, выполняемая с помощью неконтролируемого процесса. Оператор постоянно меняет давление контакта, время задержки, угол и состояние ремня, и последствия проявляются в трех местах.

• Увеличение времени цикла. Удаление стебля толщиной 1,5 мм и области воротника, подверженной тепловому воздействию, на стенке толщиной 2 мм занимает от 25 до 50 секунд на воротник вручную. Корпус с двумя воротниками и 400 мм разделительной линии реально требует 60–90 секунд времени оператора, прежде чем начнется косметическая обработка.
• Вариации качества. Обработанные вручную поверхности варьируются по остаточной высоте от 0,2 до 0,5 мм и по шероховатости в два раза. На детали, предназначенной для полировки, эта вариация просто переносится дальше по цепочке и проявляется в виде просветов при полировке на выступающих участках.
• Брак. Проникновение через тонкие стенки, царапины, выходящие за минимальную толщину стенки, и изменение цвета из-за нагрева — три основные причины ручного брака. Особенно при удалении воротников 2–6 процентов брака — обычное явление на предприятиях, где эта операция не автоматизирована.
• Предел мощности. Ручная обработка воротников расширяется за счет увеличения числа работников. Утечка кадров и время обучения шлифовщика, способного поддерживать косметическую обработку, измеряются в месяцах, и отдел становится узким местом для каждого нового проекта.

Полное сравнение двух подходов рассматривается отдельно в роботизированной шлифовке и ручной шлифовке; здесь мы ограничимся числовыми данными для станции удаления воротников.

Оценка роботизированной ячейки по сравнению с ручной работой

Ниже приведена сводная таблица ячеек, которые мы запустили для корпусов кранов, запорной фурнитуры и автомобильных кронштейнов, нормализованных на 1000 деталей с двумя воротниками и примерно 400 мм разделительной линии.

Два числа, которые определяют большинство бизнес-кейсов, — это брак и трудозатраты, а то, что обычно упускается из виду — это расходные материалы. Робот не устаёт, но он также не ощущает, что ремень затёрся, поэтому управление сроком службы ремня должно быть встроено в программу с счётчиком ударов и процедурой зачистки, иначе ячейка тихо превращается в медленный, нестабильный шлифовальный станок.

Проектирование приспособления для удаления ворот

Приспособление, а не робот, определяет большую часть точности ячейки. Отливки поступают с отклонениями плюс или минус 0,3 до 0,8 мм на поверхности после отливки, поэтому приспособление, предполагающее призмальную точность, либо заедет, либо неправильно зафиксирует деталь.

• Точечное позиционирование. Установите ту же схему базовых точек A-B-C, что и на чертеже, и обработайте фиксаторы с точностью до плюс или минус 0,02 мм. Используйте три опоры на основном базовом элементе, две — на вторичном, одну — на третичном, и делайте опоры достаточно малыми, чтобы брызги и заусенцы по линии раздела не могли на них сесть.
• Учет вариаций при литье. Используйте пружинные или гидравлически плавающие фиксаторы на двух или трёх наименее точных базовых элементах с ходом 1-3 мм, чтобы деталь садилась повторяемо, несмотря на вариации между ударами.
• Зажим. Зажимайте перед резкой и повторно зажимайте после освобождения канала, потому что деталь смещается при отделении ворот. Пневматические зажимы при давлении 0,4-0,6 МПа подходят для большинства деталей весом до 3 кг; выше — используйте гидравлические с контролируемым и блокируемым давлением.
• Поддержка под резом. Поддерживайте стенку, которую шлифуете, в пределах 5-10 мм от точки контакта. На стенке толщиной 1,5 мм шлифовка без поддержки вызывает отклонение стенки, ремень скользит по ней вместо резки, и оператор или робот компенсируют это, нажимая сильнее.
• Управление стружкой и опилками. Шлифовка алюминия производит длинную стружку. Обеспечьте прорезные отверстия для опилок, воздушное охлаждение на каждой станции и геометрию приспособления, которая не создает карманы.
• Быстрая смена. Системы паллет с нулевой точкой позволяют менять за менее чем 5 минут и делают малые партии экономичными, что важно, когда завод работает с 15-30 номерами деталей на одну ячейку.

Пыль, туман и защитный кожух

Пыль от шлифовки алюминия — это воспламеняемая металлическая пыль, и это не формальность. Тонкая пыль алюминия имеет Kst в диапазоне от 300 до 500 бар м/с, что относит её к классу взрывоопасности St 3, с минимальной искровой энергией, достаточно низкой, чтобы статический разряд с заземлённого шланга вызвал её воспламенение. Следуют два последствия.

• Сухая сборка требует сборщика, рассчитанного на металлическую пыль, с дефлаграционными вентиляциями или системами подавления, запорным клапаном на воздуховоде, отсутствием алюминиевых лопастей вентилятора в воздушном потоке и проводящими, заземлёнными воздуховодами по всему маршруту.
• Мокрая сборка предотвращает проблему взрыва, но вводит химическую проблему: мелкие частицы алюминия реагируют с водой и выделяют водород. Мокрый сборщик на алюминиевой линии требует вентиляции водорода, процедуры удаления шлама и запрета на рециркуляцию воды без обработки.

Если ячейка работает с охлаждающей жидкостью, а не с сухим воздухом, вопрос воздействия меняется с пыли на туман. Держите туман минерального масла ниже предела в 5 мг/м³ по профессиональной норме и стремитесь к 0,5–1 мг/м³ с помощью туманного сборщика, потому что разница между этими двумя числами определяет, носит ли оператор респиратор в течение восьми часов.

По шуму, открытый шлифовальный станок по алюминию работает на уровне 95–105 дБ(A) в зоне оператора. Закрытая роботизированная ячейка с оператором, загружающим снаружи, обычно создает уровень 75–85 дБ(A), что снимает нагрузку на программу сохранения слуха с этой станции.

Последствия после обработки и как писать критерии приемки

Удаление воротника — не изолированная операция. То, что происходит на ленточном станке, определяет, что может достичь ЧПУ, линия полировки и линия гальваники.

• Остаточный стык. Промывать до менее чем 0,1 мм на уплотнительных и соединительных поверхностях, от 0 до плюс 0,2 мм на не критичных участках и никогда не ниже родной поверхности на косметической стороне. Измерять с помощью индикатора или координатно-измерительной машины, а не ногтем.
• Шероховатость. Ra 1,6 до 3,2 микрометров сразу после удаления воротника, Ra 0,8 до 1,6 микрометров после сглаживания линии раздела, Ra 0,4 до 0,8 микрометров перед полировкой. Линия полировки не сможет исправить поверхность Ra 6,3 без удаления большего количества металла, чем допускает толщина стенки.
• Шаг линии раздела. Не более 0,15 мм до сглаживания, с плавным переходом шириной не менее 5–10 раз высоты шага, чтобы переход был невидим после покрытия.
• Потеря стенки. Врезание в соседнюю стенку ограничено 10 процентами номинальной толщины стенки или 0,20 мм, в зависимости от того, что меньше.
• Искажение. Держите температуру ниже 80 градусов Цельсия во время шлифовки; при этом, тонкие стенки движутся под ремнем и возвращаются после охлаждения, создавая поверхность, которая кажется плоской на станке и протекает на испытательном стенде.
• Последствия по размеру. Шлифовка по опорной поверхности смещает опорную поверхность. Если обработанная деталь расположена относительно поверхности, которая шлифуется, допуск на заготовку и смещение при обработке должны быть определены вместе, что и есть именно такая зависимость, которую наши руководстве по допускам на алюминиевое литое под давлением проходы.

Запишите это в чертеж детали или план контроля перед первой партией, согласуйте образцы лимита и определите размер образца и AQL. Критерий, записанный после первого спора, является переговором, а не спецификацией.

Если вам нужен более широкий контекст о том, как удаление литника вписывается в полный маршрут после литья, наша статья о как автоматизировать удаление заусенцев с алюминиевых литых деталей охватывает последовательность решений от литья до готовой детали.

DZ Machinery проектирует и строит два конца этой цепи: автоматические станки пильных станков, которые режут бисквит и канал на повторяемую высоту заглушки, и роботизированные шлифовальные ячейки с силоуправляемыми плавающими шпинделями, автоматическими сменщиками ремней и быстроразъемными приспособлениями, которые снимают литник и линию разделения до указанных выше значений. На полной линии мы объединяем пилу, ЧПУ, роботизированную ячейку и автоматический полировщик в единую систему обработки, чтобы деталь была расположена один раз и оставалась в положении. Отправьте нам чертежи вашей детали и ваш месячный объем, и мы предоставим вам цикл времени, план помещения и прогнозируемый уровень брака для станции удаления литника, прежде чем вы выберете оборудование.