Robotik im Umfeld Gigacastings

SIR Soluzioni Industriali Robotizzate (Modena, Italien) ist einer der international etabliertesten Systemintegratoren, der vor allem in der Automobil- und Gießereibranche tätig ist. Das italienische Unternehmen, das in der Lage ist, maßgeschneiderte Anwendungen auf der Grundlage spezifischer Kundenanforderungen zu entwickeln, hat mit der Anwendung der Roboterautomatisierung im Gigagussverfahren eine neue und hochinteressante Marktnische im Aluminiumgießereisektor eröffnet. Bei der Herstellung von großen Aluminium-Hochdruckgussteilen führt SIR die Entnahme, das Entgasen (Scheren und/oder Plasmaschneiden) und die Feinentgratung mit Präzision, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit durch. Die Roboter sind so programmiert, dass sie von den Arbeitern in der Fertigungslinie einfach und sicher bedient werden können und die erforderlichen Qualitätsergebnisse innerhalb der vereinbarten Zykluszeiten erzielen.

Entnahme der Elemente aus der Gigapresse

Die Herstellung von Bauteilen mit Hilfe von Gigapressen ist ein komplexer und technologisch anspruchsvoller Prozess, bei dem das Zusammenspiel zwischen der Presse und dem für die Entnahme der Elemente eingesetzten Roboter eine entscheidende Rolle spielt. Aufgrund der beträchtlichen Größe der Gigapresse und des Gussteils haben die typischerweise in dieser Anwendung eingesetzten Roboter eine hohe Traglast  und sind auf einer Schiene mit dem Querverfahrweg montiert, der geeignet ist, die Mitte der Form zu erreichen und sich dann außerhalb der Türen der Maschine zu bewegen: dies vergrößert den bereits umfangreichen Aktionsbereich des Roboters erheblich. Das Gussteil besteht aus dem Bauteil), dem Anschnittsystem und den Überläufen und Vakuumkanälen, die für seine Integrität erforderlich sind. Sobald das Gussteil zugänglich ist, tritt der Roboter in die Maschine ein und ergreift das Gussteil mit einem Mehrfachgreifwerkzeug. Um die Entnahme zu erleichtern und effektiv zu gestalten, löst die Gigapresse das Gussteil mit Hilfe von integrierten Auswerfern teilweise aus der Form.

Um Verformungen durch die hohe Temperatur (ca. 600°C) und das Gewicht des Elements zu vermeiden, greift der Roboter das Gussteil an vordefinierten Punkten, die im Allgemeinen mit dem Kunden vereinbart werden. Ein in das Greifwerkzeug des Roboters integriertes Sensorsystem erkennt das Vorhandensein des Anschnittsystems und einiger Überläufe an bestimmten strategischen Positionen und stellt sicher, dass das Element korrekt gegossen wurde. Zusätzliche Kontrollen können je nach Kundenwunsch mit festen Sensoren, 3D-Vision-Systemen oder Wärmekameras durchgeführt werden. Sobald der Roboter den Bereich der Maschine verlassen hat und die verschiedenen Qualitäts- und Integritätskontrollen durchgeführt wurden, autorisiert das Verwaltungsprogramm das Formblas- und Schmiersystem, seinen Zyklus zu starten, damit die Gigapress mit dem nächsten Guss fortfahren kann. Die Abfolge der Bewegungen und Kontrollen zielt darauf ab, die Zykluszeit zu optimieren und die Produktion zu steigern.

Entgraten des Gussteils

Nach der Entnahme umfasst der Produktionszyklus eine Entgratphase, um das Anschnittsystem und die Überläufe zu entfernen. Dieser Prozess kann durch Entgraten mit einer Giga-Trimm-Presse erfolgen: In diesem Fall muss das Gussteil durch Eintauchen in einen Wassertank abgeschreckt werden. Die alternative Methode, die von SIR für das Entgraten verwendet wird, basiert auf dem Plasmaschneiden: Diese Lösung ermöglicht die Bearbeitung des Gussteils bei Temperaturen nahe der Extraktion und vermeidet das Abschrecken. Nach dem Entgraten kann das Gussteil, falls dies aus logistischen Gründen erforderlich ist, an der Luft gekühlt werden, wobei die Zeiten dank der vorherigen Entfernung des Anschnittsystems, das einen erheblichen Prozentsatz der Gesamtmasse des Gussteils ausmacht, erheblich verkürzt werden. Die Luftkühlung ist im Allgemeinen viel weniger belastend als das Abschrecken, wodurch die Geometrie des Gussteils besser erhalten bleibt. Nach dem Entgraten wird das Element zur Rückverfolgbarkeit der Produktionsdaten mit einem Datamatrix-Code identifiziert, der mit einer Lasereinheit auf dem Element markiert wird.

Flexibilität und Qualität des Schnitts: Die Vorteile des Plasmaschneidens

Dank der fruchtbaren Zusammenarbeit mit einigen erfahrenen Herstellern von Plasmageneratoren konnte SIR den Schneidprozess optimieren, indem der Plasmabrenner auf den Roboter verlegt wurde. Die daraus resultierende Lösung erwies sich als die kosteneffektivste und effizienteste Alternative zum Entgraten für das Entfernen von Überläufen und Anschnittsystemen in einteiligen Rahmengussteilen und bietet Komfort, Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit. Dank ihrer Anpassungsfähigkeit können die Roboter verschiedene Schneidpfade an unterschiedlichen Bauteilen ausführen, was erhebliche wirtschaftliche Einsparungen ermöglicht. Plasmabrenner sorgen für einen geringeren Verbrauch und niedrigere Kosten im Vergleich zu Alternativen und ermöglichen saubere Schnitte, die weniger Nachbearbeitungen in den nachfolgenden Schritten erfordern. Bei einem Wechsel des Elementtyps in der Produktion müssen keine teuren und sperrigen Formen mehr ausgetauscht werden: eine einfache Neuprogrammierung der Roboterbahnen, kombiniert mit einer eventuellen Anpassung des Referenzwerkzeugs und der Gussunterstützung, ist ausreichend. Um mögliche Elementverformungen zu berücksichtigen, ist die Roboterschneidzelle mit einem 3D-Vision-System ausgestattet, das in der Lage ist, die dreidimensionalen Unterschiede zwischen dem aktuellen Gussteil und dem Nennelement zu erkennen und folglich die lokale Bahn des Roboters anzupassen.

Eine Erfolgsgeschichte in der Automobilbranche: Von der Extraktion zum Feinentgraten

Eine kürzlich von SIR für einen großen Automobilkunden entwickelte Anwendung demonstriert die Effektivität dieser Lösung. Die betreffende Roboteranlage entgratet Aluminiumgussteile, insbesondere vordere und hintere Automobil-Hilfsrahmen. Das System besteht aus Handhabungsrobotern, die Elemente in mehrere Prozesszellen laden und entladen, wo andere Roboter das Plasmaschneiden und die anschließende Entfernung von Überläufen und Anschnittsystemen durchführen. Das Robotersystem kann mit zusätzlichen Feinentgratzellen nachgeschaltet werden. Beim Feinentgraten werden pneumatische Spindeln mit Kompensation eingesetzt, die mit Rotationsfeilen oder Schleifbändern bestückt sind, um die an den Formfugenprofilen entstehenden Grate zu entfernen.

Für das Entgraten von großen Elementen, wie sie von Gigapressen hergestellt werden, ist zur Sicherstellung der geforderten Endqualität eine TOB (Tool On Board) Entgratungslösung notwendig, bei der das zu bearbeitende Element auf einem festen Werkzeug positioniert oder auf einem achsgesteuerten Rotationswerkzeug untergebracht ist. Die pneumatische Kompensation der Entgratungseinheiten wird im Allgemeinen bei allen SIR-Prozessen angewandt: Sie ermöglicht die Beherrschung der Variabilität der Gratgrößen, da die Steifigkeit der Kompensation je nach den spezifischen Anforderungen programmatisch eingestellt werden kann.

Die pneumatischen Spindeln des Roboters sind mit automatischen Werkzeugwechslern ausgestattet: Dies ermöglicht den Einsatz verschiedener Werkzeugtypen während des Arbeitszyklus, was oft aufgrund der Art und Position der zu entfernenden Grate erforderlich ist. Falls erforderlich, ist ein automatisches EOAT (End of Arm Tooling)-Austauschsystem vorgesehen: Dies ist unerlässlich, wenn die im Prozess verwendeten Werkzeuge Drehzahlen und/oder Leistungen erfordern, die mit den technischen Merkmalen einer einzigen pneumatischen Spindel nicht vereinbar sind. Das automatische EOAT-Austauschsystem ermöglicht sogar den Einsatz von Entgratungsrobotern (von SIR entwickelt und patentiert), die mit Schleifbändern arbeiten: Diese sind ebenfalls mit einem pneumatischen Ausgleich ausgestattet und ermöglichen den automatischen Bandwechsel.

Die SIR-Entgratzellen sind daher mit einem internen Speicher ausgestattet, der für den Austausch von Werkzeugen (sowohl mehrschneidige Werkzeuge als auch Schleifbänder) und eventuell für den Austausch von EOATs während des Bearbeitungsprozesses vorgesehen ist. Die Werkzeuge sind außerdem mit einer automatischen Vorrichtung zur Wiederaufbereitung bei Verschleiß ausgestattet: dank eines Drehtisches kann der Bediener neue Werkzeuge von außerhalb der Zelle laden, ohne den Arbeitszyklus des Roboters zu unterbrechen. Die Schmierung der Werkzeuge und die Anwesenheitskontrolle werden selbstverständlich zyklisch nach Bedarf geplant. Die Bearbeitungsrückstände werden mit einem Förderer aus einem Metallgitterband abgesaugt, der sie in einen Behälter außerhalb der Zelle leitet. Nach Abschluss der Entgratung kann das Element einer 3D-Vision-Inspektion unterzogen werden, um das erfolgreiche Ergebnis der Arbeit zu überprüfen. Der gesamte Prozess, von der Entnahme aus der Gigapresse bis zur abschließenden Prüfung des Elements, ist darauf ausgelegt, die Produktivität zu steigern und die höchste Effizienz und Qualität der hergestellten Teile zu gewährleisten.