Состояние и перспективы применения робототехники при изготовлении изделий из пластмасс

В переработке пластмасс промышленные роботы в основном применяются при производстве штучных изделий, т. е. преимущественно в литье под давлением, а также пи прессовании, термоформовании и выдувном формовании.

Промышленные роботы выполняют локальные транспортные операции, которым могут сопутствовать дополнительные технологические действия (удаление литников и кромок, нанесение на изделия товарных знаков, простейшие операции сборки и т. п.).

Отличительной особенностью изготовления изделий из термопластов на современных литьевых машинах является предельная автоматизированность технологического процесса литья под давлением. Вместе с тем имеется целый ряд технологических ситуаций, оправдывающих как технически, так и экономически применение робототехники.

В литье под давлением применение промышленных роботов позволяет:

• — извлекать изделия из формы при более высоких температурах;
• — сократить длительность производственного цикла на 8—12%;
• — повысить сохранность конфигурации изделия;
• — обеспечить тщательную реализацию параметров автоматизированного технологического процесса;
• — уменьшить количество персонала с низкой квалификацией (грузчики, стропальщики, уборщики и т. д.) [1].

Устройство программного управления, в том числе интегрированными (встроенными) в ТПА, роботами обеспечивает:

• — управление циклом и технологическими параметрами литья, а также переналадку режима;
• — перепрограммирование последовательных элементов цикла, скоростных параметров, координат перемещения робота, временных параметров;
• — информацию о текущем состоянии комплекса на дисплее;
• — информацию об аварийных ситуациях комплекса на дисплее.

Роботизация литьевых производств предполагает несколько этапов.

На первом этапе наиболее целесообразно использование робототехнических устройств там, где доля ручного труда традиционно велика: при обслуживании литьевых агрегатов большой мощности при производстве крупногабаритных изделий на термопластавтоматах с объемом впрыска 2000 см³ и более. Обслуживание таких машин, включая съем и транспортирование изделий, сопряжено с особыми трудностями, обусловленными габаритами машины, размерами и массой изделий [3].

Например, литьевой роботизированный комплекс на базе ТПА с объемом впрыска 4000 см³ состоит из специального робота, устройства для загрузки материала в бункер ТПА, устройства для обрезки литников, устройства для накопления и транспортирования изделий, устройства программного управления комплекса с элементами диагностики.

Специальный робот монтируется на передней плите ТПА и обеспечивает:

• — удаление деталей из пресс-формы;
• — передачу деталей в зону отрезки литников;
• — передачу деталей в зону штабелирования;
• — укладку деталей в стопы по заданной программе.

Применение роботов часто оказывается эффективно также при формовании изделий сложной конфигурации, извлечение которых с помощью системы выталкивания литьевых машин затруднено.

Обрезка литников и облоя, очистка и смазка литьевых форм, транспортирование и упаковка готовых изделий — все эти функции, сопутствующие основному технологическому циклу и требующие значительной доли ручного труда, могут быть автоматизированы путем создания роботизированных комплексов с использованием промышленных роботов.

Роботизация не всегда обеспечивает существенное увеличение производительности технологического процесса литья под давлением при достаточно большой продолжительности цикла. Однако при длительности цикла в несколько секунд экономия даже долей секунды, например, на операции удаления деталей из пресс-формы, способна быстро окупить затраты, связанные с внедрением робототехники. Кроме того, важным следствием применения ЛРК является высвобождение обслуживающего персонала и снижение тем самым расходов на зарплату, составляющих заметную долю себестоимости продукции.

В ряде сравнительно новых технологий литья под давлением (многокомпонентное литье, сборка изделий в форме, литье на подложку, декорирование в форме, IML-технология этикетирования в форме и др.) робототехника является необходимой составляющей литьевого производства. Наконец, применение роботов оправдано при одновременном использовании двух литьевых форм [3].

Выбор типа робототехнического устройства для использования в литьевом производстве определяется рядом факторов, среди которых:

• — форма и габариты пластмассовых изделий;
• — серийность производства;
• — конструкция, габариты и гнездность формы;
• — рабочий объем, отводимый под размещение и перемещение манипулятора;
• — требуемые траектория и рабочая скорость перемещения схвата, а также точность его позиционирования;
• — требуемое число степеней свободы схвата;
• — затраты на приобретение и монтаж робота, на его программирование и перепрограммирование [16].

Большую роль при извлечении отливок при переработке полимеров литьем под давлением или, например, при установке закладных деталей играет число степеней свободы схвата. Усложнение конструкции руки приводными устройствами вблизи от схвата создает определенные трудности в случае линейных роботов по сравнению с коленно-рычажными. Соответственно, одним из основных критериев выбора робота становится то обстоятельство, что для линейного робота любая позиция в рабочем объеме достижима лишь при определенном положении трех осей. Кроме того, решение сложных задач (например, удаление фрагментов литников деталей из технологической оснастки) линейными роботами более затруднительно. Коленно-рычажные роботы предпочтительны также для выполнения таких операций, как, например, удаление грата по свободному контуру детали или закрепление пружинных зажимов.

При литье под давлением тонкостенных и (или) малогабаритных деталей, когда длительность цикла мала, возрастает значение ускорения операции извлечения детали из формы при вводе схвата в раскрытую литьевую форму и выводе из нее. В общем случае линейные роботы благодаря высокой мощности приводов, большому передаточному отношению и малой движущейся массе имеют, как правило, более высокую рабочую скорость перемещений схвата, поэтому их гораздо выгоднее использовать для высокоскоростных работ.

При выборе типа робота необходимо также учитывать особенности его расположения относительно литьевой машины. Линейные роботы чаще всего устанавливают на фиксированном основании, реже — на независимой от литьевой машины портальной конструкции, причем основное движение робот выполняет по нормали к продольной оси машины. Обычно такие роботы входят в рабочий объем сверху и доставляют отформованную деталь к обслуживаемой стороне литьевой машины.

Коленно-рычажные роботы устанавливают, как правило, на полу производственного помещения с обслуживаемой стороны литьевой машины. Манипулятор входит в рабочий объем сбоку и перемещает затем готовую деталь в зону доработки или складирования. При значительных усилиях смыкания, превышающих 5000 кН, роботы данного типа крепят на неподвижной плите, служащей основанием литьевой машины. В зависимости от назначения роботы устанавливаются на обслуживаемой или противоположной стороне литьевой машины [16].

Применение робототехнических устройств также считается эффективным, например, при получении изделий из реактопластов методом прессования. Высокая доля ручного труда (до 60% на отдельных операциях) и вредные условия для работающих являются достаточно вескими аргументами в пользу первоочередной автоматизации технологических процессов прессования реактопластов [3].

Дальнейшее развитие литьевых роботизированных комплексов предполагает создание полностью безлюдных технологий.

Одна из причин этого — повышение требований к качеству и размерной точности изделий. Необходимый для этого технический уровень литьевого оборудования непрерывно повышается. Присутствие человека в такой ситуации оказывается не только малооправданным с экономической точки зрения, но и недопустимым с позиций неизбежности влияния случайных факторов, связанных с его вмешательством в ход технологического процесса [3].

При прессовании применение промышленных роботов позволяет:

• — резко уменьшить количество трудящихся, работающих в неблагоприятных условиях;
• — исключить весьма опасную операцию ручного съема изделий из горячих (до 200°С) форм;
• — повысить качество изделий;
• — уменьшить долю брака и отходов производства;
• — интенсифицировать процесс формообразования отверждением за счет использования активных каталитических систем, ускорителей, возможного повышения температуры прессования.

Известны случаи применения промышленных роботов и для механической обработки пресс-изделий.

В процессах термоформования промышленные роботы наиболее эффективно используются для раскроя заготовок, их загрузки в зажимные устройства и для извлечения изделий из формы с последующей упорядоченной укладкой, для установки изделий в вырубные устройства, а также для манипуляций с оставшимися после вырубки отходами.

В выдувном формовании промышленные роботы эффективны в операциях удаления облоя, складирования, а также в переносе изделий в процессе внутрицехового транспортирования [1].