Автоматическая мойка деталей и криобластинг роботом: как роботизируют промышленную очистку

Под роботизированной мойкой и очисткой понимают два процесса с разными задачами. Автоматическая мойка деталей отмывает детали после механической обработки и готовит их к следующей операции. От чистоты детали и отсутствия заусенцев зависят склейка, герметизация и сборка, поэтому мойку ставят перед ними.

Второй процесс, криобластинг, чистит не деталь, а оснастку и оборудование: пресс-формы, стержневые ящики, кокили, сварочную оснастку. Струя гранул сухого льда снимает нагар и разделительную смазку без абразива и без вторичных отходов.

Оба процесса входят в одно семейство с покраской и струйной обработкой, где работают и роботы для нанесения покрытий. Границы с соседями проходят так. Ржавчину и окалину снимают, а шероховатость под покрытие создают абразивом, этим занят пескоструйный робот. Металл с поверхности снимает шлифовальный робот. А чистая деталь дальше часто попадает в роботизированную покрасочную камеру или на оборудование для порошковой покраски.

Крупные и тяжёлые детали моют по одной за цикл. Ecoclean собирает такие машины либо как полностью автоматические роботизированные ячейки, либо как ленточные мойки, через которые детали идут непрерывным потоком. Типичные детали: блоки двигателей, корпуса коробок передач, лотки аккумуляторных батарей. Это продукция заводов автокомпонентов и машиностроения.

С мелких деталей после фрезерования заусенцы часто снимают в той же установке, где их моют. Установка EcoCvelox сбивает заусенцы водой под высоким давлением и тут же моет деталь размером до 200 × 200 × 200 мм, такт 15 секунд на палету. Программу, по которой сбивают заусенцы, готовят через встроенный интерфейс CAD/CAM, инструмент ставят на один шпиндель или на револьверную головку до пяти инструментов. Деталь моют струями, затоплением и ультразвуком, сушат обдувом или вакуумом. Загружает установку робот, портал или оператор.

Для точной механики, медицинских изделий и оптики применяют многокамерные ультразвуковые мойки. Деталь проходит ванны по очереди: мойка, ополаскивание, пассивация, консервация, сушка. Ультразвук вымывает частицы и плёнки даже из капилляров и внутренних полостей. Между ваннами детали переносят подъёмные модули или транспортные системы.

Криобластинг, или струйная очистка сухим льдом, похож на пескоструй, только вместо абразива летят гранулы твёрдого CO₂. Сжатый воздух разгоняет их по утеплённому шлангу, и из сопла они выходят со сверхзвуковой скоростью. Грязь снимают три эффекта сразу. Удар надламывает верхний слой загрязнения. Холод в −78,9 °C заставляет его сжаться и стать хрупким. При ударе гранула мгновенно возгоняется, её объём за несколько миллисекунд вырастает до 800 раз, и газ отрывает отслоившуюся грязь.

Сухой лёд мягкий, 1,5–2 по шкале Мооса, поэтому поверхность он почти не изнашивает. Вторичных отходов нет: лёд уходит в газ, вода и химия не нужны. Лёд не проводит ток, им чистят и электрооборудование. Размер частиц подбирают под задачу: гранулы 3 мм берут на толстый слой резины, микрочастицы на тонкие вентиляционные каналы пресс-формы.

Бластеру нужен сжатый воздух. Cold Jet указывает для своих машин типичный расход 2,8 м³/мин при давлении 5,5 бар, а льда в среднем уходит около 40 кг в час (88 фунтов).

Главное применение криобластинга: оснастка, которую дорого и долго снимать. Пресс-форму термопластавтомата чистят прямо в машине и при рабочей температуре, без остывания, разборки и повторной сборки. Лёд снимает разделительную смазку, конденсат газов из смолы и пригар из полостей, щелей и вентиляционных каналов. По данным Cold Jet, так чистят до 75 % быстрее.

На шинных заводах выигрыш ещё заметнее. Боковину шинной пресс-формы по старинке остужают, разбирают, чистят, собирают и снова греют, и уходит на это 13 часов. Горячую форму прямо в прессе сухим льдом чистят за 11 минут. Микроканалы и пружинные вентиляционные клапаны, которые вручную прочищают сверлом часами, лёд продувает без инструмента. Производитель утверждает, что разница температур горячей формы и льда не вызывает термоудара и трещин. Проверять это стоит на своей оснастке.

В литейном производстве сухим льдом чистят стержневые ящики, кокили и формы литья под давлением. По словам литейщиков, стержневые ящики так чистят на 85–90 % быстрее, кокили на 50–85 %, прочее оборудование на 40–70 %. На одном заводе ручную чистку, которая шла 6 часов, уложили меньше чем в час. Форму литья под давлением чистят горячей, и одно предприятие убрало два часа простоя на каждой смене формы. Все эти цифры приводит производитель оборудования, поэтому их разумно считать верхней оценкой.

Ручной бластер мобилен: его подкатывают к роботу или станку и чистят оборудование на месте. Так удобно обслуживать разные машины по графику. Робота ставят, когда одну и ту же оснастку или деталь нужно чистить каждый цикл. Полностью автоматическая система объединяет льдогенератор, бластер и роботизированную руку. У Cold Jet есть комплексы, где лёд производится непрерывно, а бластером управляет робот, и есть опция, чтобы связать бластер с промышленными роботами и другой автоматикой.

В каталоге производителя есть и пример с деталью: автоматическая установка обдувает автомобильный бампер сухим льдом перед покраской. После такой очистки деталь сразу идёт на окраску, без сушильной печи и системы очистки воды.

Сухим льдом чистят и самих роботов. На сварочных линиях шлак, брызги и нагар налипают на суставы робота и оснастку и сокращают его рабочую зону. Подрядчик, обслуживающий автомобильные сварочные линии, раньше чистил роботов молотком и зубилом. С сухим льдом трудоёмкость упала с 7,2 до 0,5 человеко-часа на робота, а тратить на чистку стали меньше, максимум на 60 % (данные 2017 года). Об уходе за роботом подробнее рассказывает статья о техническом обслуживании промышленного робота.

Метод выбирают по тому, что и с какой поверхности нужно снять. Сводка ниже опирается на описания производителей. Окончательно метод выбирают, когда пробно почистят свою деталь или оснастку.

Сначала определяют, что именно загрязняет поверхность, какая чистота нужна следующей операции и сколько деталей или циклов оснастки приходится на смену. От этого зависят метод, такт и место робота. Как подавать сжатый воздух и лёд, где ставить вытяжку и ограждение, как связать робота с прессом или линией, решают при проектировании роботизированной ячейки, а не после запуска.

• Углекислый газ в закрытой кабине. Лёд превращается в CO₂. OSHA ограничивает среднесменную концентрацию углекислого газа 5000 ppm, а 40 000 ppm считает непосредственно опасной для жизни и здоровья. Поэтому закрытую камеру криобластинга проектируют с вытяжкой, а концентрацию газа в ней контролируют.
• Шум, холод и отлетающие частицы. Операторам ручного бластера нужны перчатки, защита слуха и защита глаз.
• Лёд и воздух расходуются постоянно. Около 40 кг льда в час и 2,8 м³/мин сжатого воздуха при 5,5 бар: лёд придётся регулярно возить или делать на своём льдогенераторе, а компрессору нужен запас мощности.
• Цифры экономии дают производители. Что чистка ускоряется на десятки процентов, пишут Cold Jet и подрядчики, а не независимые испытания. Перед покупкой оснастку стоит почистить пробно.
• Мойка тянет за собой воду и сушку. Для ультразвуковых моек воду фильтруют и готовят, а детали после мойки сушат обдувом или вакуумом.
• Сухой лёд не заменяет абразив. Он неабразивен и не создаёт шероховатость там, где покрытию нужен профиль поверхности.