Автоматическая пескоструйная и дробеструйная камера: как роботизируют абразивоструйную обработку

Абразивоструйной обработкой называют процесс, в котором сжатый воздух или вода разгоняют поток абразива. Струя очищает поверхность, снимает заусенцы, придаёт ей фактуру или готовит металл под краску и другое покрытие. В цехе процесс по привычке зовут пескоструем, хотя песок давно не единственный абразив: в ходу стальная дробь и колотая дробь, шлаки, гранатовый песок, стеклянные шарики.

Роботизированной обработку делает то, кто ведёт струю. Робот держит сопло и обходит деталь по программе либо берёт саму деталь и подставляет её под струю. Человек стоит снаружи закрытой камеры, вдали от абразива, пыли и шума. Сам пескоструйный робот как машина описан отдельно, здесь речь о процессе и о камере вокруг него.

Струйная очистка открывает семейство операций, куда входят и роботы для нанесения покрытий. После неё деталь обычно идёт в роботизированную покрасочную камеру или на линию, где работает оборудование для порошковой покраски.

Абразив разгоняют тремя способами: сжатым воздухом, пульпой из воды и абразива или вращающейся турбиной. Скорость частиц в струе доходит до 170 м/с.

В дробемётной машине абразив разгоняют и бросают на деталь быстро вращающиеся турбины. Она тратит мало энергии, накрывает струёй большую площадь и даёт ровную поверхность. В дробеструйной, или пневматической, установке частицы выдувает сжатый воздух через инжекторный или напорный аппарат. Такая установка работает на небольших участках и в точных задачах, вручную и в автомате, и принимает жёсткие абразивы, с которыми турбина обычно не работает: корунд, карбид кремния, стеклянные шарики. В мокрой установке пульпу из абразива и воды подают к пистолету и разгоняют сжатым воздухом.

Роботы обычно работают с пневматическим соплом: роботизированные машины Wheelabrator для упрочнения построены на сжатом воздухе. Rösler продаёт в основном турбинные машины за мощность и короткое время обработки, а роботизированные поставляет по несколько штук в год под сложные задачи. Если площадь большая, экономичнее всего по-прежнему турбина.

Автоматическая пескоструйная камера собрана из тех же узлов, что и ручная: закрытая кабина, абразивоструйный аппарат с соплом, система возврата абразива и пылеулавливание. Робот добавляет к ним программу движения. Clemco, например, настраивает робота вместе с позиционированием сопла, подачей абразива, вентиляцией и возвратом абразива.

Загрузку выносят наружу, чтобы струя не простаивала. В компактной машине Rösler AST поворотный стол стоит на электрической поворотной консоли и выезжает из камеры: деталь снимают и ставят снаружи. Внутри робот работает разными инструментами, а для внутренних полостей к столу добавляют вертикальную пику. Крупную деталь в машину Rösler ALS опускают мостовым краном: L-образная дверь открывает весь фасад и крышу. Там же ставят роботов, боковые пики и поворотный стол, чтобы обработать деталь в любом положении.

Длинные конструкции, например авиационные, проходят машину Rösler ATV на вертикальной раме, которую двигает привод с ЧПУ. С каждой стороны детали работают один или два робота, а перед входом можно накопить несколько рам, и тогда обработка идёт непрерывно.

Робот нужен не всегда. Если деталей много и они одинаковые, сопла ставят неподвижно или на линейные оси. В машинах Rösler с сателлитами работает одна турбина или до восьми инжекторных пистолетов, и пистолеты можно поставить на вертикальные и горизонтальные ходовые узлы. В модели RSA1500 на позициях обработки стоит до 10 пистолетов. Пока одни сателлиты в камере, другие загружают на внешней станции, и цикл не теряет времени.

Робот оправдан там, где геометрия сложная и меняется от детали к детали. Шестиосевой манипулятор достаёт до сложных поверхностей и тесных мест, поэтому Clemco ставит роботов KUKA на лопатки турбин, сварные швы и сложные детали. Второй довод за робота: повторяемость. Струя ложится равномерно, время выдержки точное, профиль выходит одинаковым от детали к детали. Когда заказчик требует обрабатывать деталь по отраслевому стандарту, например AMS, SSPC или MIL-SPEC, эта повторяемость весит больше скорости.

Песок дал процессу имя. Но кварцевая пыль вызывает силикоз, рак лёгкого и болезни дыхания. Шлаки тоже вредят лёгким и могут содержать следы мышьяка, бериллия и кадмия. Стальная дробь и колотая дробь опасны для лёгких меньше. Кроме пыли, струя даёт шум, который может стоить слуха.

Американская служба охраны труда OSHA ставит на первое место инженерные меры: заменить абразив, изолировать работу, удержать пыль и вытянуть её вентиляцией. Небольшие работы советует вести в струйных камерах и шкафах. Роботизированная камера закрывает оба пункта сразу: человек выходит из зоны струи, а пыль остаётся в кабине. При ручной работе памятка требует шлем-респиратор, закрывающий голову, шею и плечи от отскока абразива.

Сухой лёд, соду и пластиковые гранулы OSHA относит к менее токсичным абразивам. Очистку сухим льдом, или криобластинг роботом, разбираем вместе с мойкой деталей.

Авиация и газовые турбины. Здесь много дробеструйного упрочнения. Удары дроби создают в поверхностном слое остаточные напряжения сжатия, и деталь дольше выдерживает переменную нагрузку; приём применяют в основном в автопроме и авиации. Для упрочнения предпочитают сжатый воздух. Wheelabrator выпускает под эти отрасли машину MPR 1500 с одним роботом и 4–8 сателлитными столами и MP2R 1500 с двумя роботами и 6–20 сателлитами. Система MPRF 16000 упрочняет и формует дробью обшивку крыла. Подробнее об отрасли: роботы в авиакосмической промышленности.

Крупные и тяжёлые детали. Конструкции на вертикальной раме и детали, которые грузят краном, обрабатывают в камерах с роботами вроде описанных выше Rösler ATV и ALS.

Литьё и поковки. Дробемёты работают в литейных и кузнечных цехах, в машиностроении, на производствах резервуаров и баков. Турбина снимает с отливок формовочную смесь и окалину; о других операциях в отрасли рассказывает страница роботы для литейного производства.

Верфи и металлоторговля. Лист и профиль большими объёмами чаще идут через линию консервации, а не в камеру с роботом. Такие линии стоят на верфях, на металлобазах и прокатных станах, и обработку большой площади турбине доверить дешевле. В России дробеструйные камеры для металлоконструкций, судостроения и морских сооружений, железной дороги и спецтехники выпускает, например, екатеринбургская SPK GROUP.

Начинают с детали и задачи, а не с робота. Таблица сводит типовые случаи по данным производителей.

Первым делом решают, что нужно сделать: очистить металл под покраску, снять формовочную смесь, упрочнить поверхность или отделать её для вида. От неё зависят способ разгона, абразив и то, нужен ли робот. Затем считают размеры и массу деталей, выпуск и число типоразмеров. Если деталь одна и идёт большой серией, обычно хватает пистолетов на осях с ЧПУ; если типоразмеров много и геометрия сложная, нужен программируемый робот.

Отдельно решают, что будет до и после струи. Заусенцы и облой с отливок часто проще снять инструментом, этим занимается шлифовальный робот. Компоновку камеры, загрузку и связь с покрасочной линией прорабатывают при проектировании роботизированной ячейки.

• Большую площадь робот не вытянет. Для листа, профиля и потока простых деталей турбина экономичнее. Камеру с роботом берут под сложную геометрию, а не под метры.
• Программа на каждую деталь. Под каждый новый типоразмер приходится писать траекторию сопла. Если номенклатура меняется каждый день, без офлайн-программирования участок будет простаивать.
• Робот работает в облаке абразива. Как защищена его механика от пыли и отскока частиц и как часто эту защиту обслуживают, стоит выяснить у поставщика камеры до покупки.
• Внутренние полости. Сопло на руке робота достаёт не везде; для отверстий и полостей нужны пики.
• Абразив определяет риск. Кварцевый песок вызывает силикоз, шлаки содержат следы токсичных металлов. Поэтому абразив выбирают с оглядкой на здоровье людей, а не по одной цене.
• Шум и пыль за пределами кабины. Струя шумная настолько, что грозит потерей слуха, поэтому пылеуловитель, вентиляцию и шумозащиту закладывают в проект сразу, а не после запуска.