Automatisering av gjuterier med hjälp av robotar Handled som tål tuff arbetsmiljö Robotens handled är en speciellt utsatt del på robotarmen. Den kommer ofta i nära kontakt med lös sand, vätskor som sprejas och varmt gjutgods. En speciell handled har därför konstruerats som tål att utsättas för damm, vätskedimmor och höga temperaturer 3. Miljön i gjuterier ställer mycket höga krav på utrustningar för automatiserad tillverkning. ABB Flexible Automation har, med mer än 25 års erfarenheter av ett stort antal varierande tillämpningar, bland annat utvecklat olika applikationer med industrirobotar, speciellt anpassade för gjuterier. Idag arbetar mer än 3000 ABB-levererade robotar i gjuterier runt om i världen. A utomatisering av tillverkningsprocessen i gjuterier innebär inte bara ökad produktivitet vid jämnare kvalitet med färre kassationer, utan också möjlighet att vidareutveckla gjuttekniker. De nya gjuterier som byggts under de senaste åren särskilt aluminiumgjuterier har i flera avseenden skapat nytänkande inom branschen. Med industrirobotar kan hög flexibilitet uppnås även i gjuterier, med korta ställtider vid byte mellan olika produkttyper. Ökad betydelse av gjutdetaljer i aluminium Inom bilindustrin spelar framför allt aluminium en allt viktigare roll som material när det gäller att möta ökade miljökrav från myndigheter för att sänka fordonens vikt och därmed bränsleförbrukning och miljöpåverkan. Ett annat mål är att öka graden av materialåteranvändning när fordonet skall skrotas. De nära 40 miljoner bilar som tillverkas varje år betyder stor potential för minskande miljöbelastning. Robotautomatiserad pressgjutning av detaljer i aluminium är en väl etablerad teknik inom gjuteribranschen 1, medan robotapplikationer för sandformsgjutning kommit att växa sig allt starkare först under de senaste åren. Högtrycksgjut- ning står för ca 60 %, medan sandformsgjutning utgör knappt 10 % av den totala gjutningsprocessen. Brett sortiment av robotmodeller ABB Flexible Automation erbjuder ett brett utbud av robotmodeller för olika applikationer. För flera av dessa modeller har en speciell version med tilläggsbeteckningen F (Foundry) utvecklats, anpassad för att arbeta i krävande gjuterimiljö 2. Den är försedd med väl avtätade leder samt extra beläggning som skyddar mot vätskor och damm på känsliga och utsatta delar. Åtgärderna medger att roboten kan arbeta oavbrutet med samma höga noggrannhet som i renare miljö. ABBs robotar uppfyller täthetskrav från IP55 till IP67 standard och har i genomsnitt 40 000 timmars gångtid mellan fel (MTBF), vilket innebär hög drifttillgänglighet. Sven Sjöqvist ABB Robotics Products AB Robotar monterar och hanterar sandformar Gjutning av komponenter i sandformar är en växande del av dagens gjuteriproduktion. Sandformen är en engångsvara i och med att det går åt en form för varje tillverkad produkt. Sandformarna består ofta av många och svåra delar att hantera. Utvecklingen går dessutom mot gjutning av större detaljer, och därmed ökar också sandformens komplexitet och vikt. Tillverkning av sandformar är ett område med hittills få robottillämpningar. Utvecklingen av robotapplikationer för tillverkning av sandformar till gjutning av detaljer är ett viktigt och växande område 4, eftersom behovet av rationell tillverkning ökar i takt med att allt fler produkter tillverkas med denna gjutmetod. Sandformningsprocessen med många monterings-, lyft- och förflyttningsmoment gör den lämpad för automatisering med en kombination av arm- och portalrobotar. ABB har hittills levererat mer än 300 installationer, där robotar både monterar och hanterar sandformar samt efterbearbetar de gjutna detaljerna. Robotens mångsidighet kan utnyttjas genom att bygga installationen i form av multicell med flera arbetsoperationer. Med högt utnyttjande ökar samtidigt det ekonomiska utbytet av robotinvesteringen. Robotiserad tillverkning av motorblock Ett av världens mest avancerade aluminiumgjuterier är Fords Windsor-fabrik i Ka- 40 ABB Tidning 1/1997
Motorblock, topplock, hjulfälgar 1 osv för bilar tillverkas i allt större omfattning av aluminium. Gjutning av detaljer i aluminium är därför en bransch i stark tillväxt. nada 5. Över 100 arm- och portalrobotar levererade av ABB Flexible Automation är involverade i den högt automatiserade tillverkningen av motorblock och topplock för olika motorstorlekar. Fabriken har kapacitet att tillverka cirka 1 miljon motorer av ett flertal storlekar per år. Redan från projekteringen av fabriken var inriktningen att göra den till en för personalen ergonomiskt anpassad och miljövänlig arbetsplats. Målsättningen för produktionslinjerna var också att bygga upp dessa med högsta möjliga flexibilitet för differentierad produktion. Fabriksdelen för tillverkning av sandformarna är uppdelad i två enheter, en av dem tillverkar formar för motorblock, den andra formarna för topplock. Hög flexibilitet har uppnåtts genom att utforma produktionskedjan i varje enhet i form av 38 identiska arbetsceller oavsett storleken på den formdel som skall tillverkas i cellen. Varje enhet har kapacitet för helautomatisk tillverkning av 60 sandformar per timme och är utrustad med ett system som möjliggör snabba verktygsbyten. Automatisk uppbyggnad av sandformen Varje enskild sandformsdel tillverkas i en speciell maskin. Den kompletta sandformen byggs successivt upp på en palett, som förflyttar sig på en monoräls mellan arbetscellerna 6. En komplett sandform för Robotmodeller från ABB Flexible 2 Automation. Speciella versioner med tilläggsbeteckningen F (Foundry) är anpassade för arbete i krävande gjuterimiljö. ABB Tidning 1/1997 41
Robotens handled är en utsatt 3 del på robotarmen. Gjuteriversionen har därför en speciell handled, som tål damm, vätskor och höga temperaturer. Robotapplikation för tillverkning av sandformar för gjutning av detaljer 4 gjutning av exempelvis ett motorblock till en 3,0 l-motor består av 18 delar av varierande storlek och kan väga upp till 200 kg. Arbetscellerna är tillsammans utrustade med ett 90-tal IRB 6000-robotar. Varje sandformsmaskin betjänas av två armrobotar. Dessa kan arbeta både självständigt och parvis. Roboten lyfter sandformsdelen från formmaskinen och placerar den i ett buffertlager eller monterar den direkt på avsedd plats på paletten samt applicerar bindemedel. Ett av världens mest avancerade och automatiserade aluminiumgjuterier är Fords Windsor-fabrik i Kanada. Över 100 arm- och portalrobotar från ABB Flexible Automation tillverkar motorblock och topplock till olika motortyper. 5 42 ABB Tidning 1/1997
Enda erforderliga manuella arbetsinsatsen är övervakning av arbetscellen och visuell inspektion av tillverkad formdel. En operatör sköter två celler parallellt. Portalrobotar sköter efterbearbetningen Den kompletta sandformen transporteras på monorälsen till fabrikens gjuteri 7. Detta består av två enheter, en för gjutning av motorblock och en för gjutning av topplock. Sandformen hanteras av nio portalrobotar under gjutprocessen. En IRB 8700L lyfter sandformen från paletten och transporterar den till gjutplatsen. Via monorälsen förs den tomma paletten tillbaka till sandformstillverkningens första steg. Två portalrobotar med dubbla lyftverktyg hanterar formarna för motorblock, medan en portalrobot med en lyftenhet sköter hanteringen av formarna för topplocken. Efter gjutningen placerar en portalrobot IRB 8700A formen med gjutgods på en pall, som har plats för upp till sex enheter. Roboten är utrustad med tre lyftenheter, vardera med kapaciteten 700 kg. Pallen transporteras till en anläggning för friläggande av gjutgodset ur sandformen. En portalrobot lyfter formen från pallen till ett transportband, som går genom en anläggning för att avlägsna sanden. Den tas om hand för återanvändning. Samtidigt värmebehandlas gjutgodset. Det frilagda gjutgodset transporteras av en portalrobot IRB 8510A till verkstadsavdelningen, där gjutgodset efterbearbetas 8. Transporten mellan bearbetningsmaskinerna och ett buffertlager sköts av tre linjära portalrobotar IRB 8510L. Uppbyggnad av gjutformar i Fords Windsor-fabrik i Kanada. Den kompletta sandformen byggs successivt upp på en palett, som förflyttar sig på en monoräls mellan arbetscellerna. Transport av de upp till 200 kg tunga sandformarna till gjuteriet 7 6 Omfattande know-how för automatisering av gjuteriprocesser Under drygt två decennier har ABB Flexible Automation i nära samarbete med kunderna och andra ABB-bolag byggt ABB Tidning 1/1997 43
En robot är flexibel och kan enkelt programmeras för att utföra varierade arbetsmönster, t ex gradning av gjutgods. Den senaste gjuteriapplikationen är en IRB 4400 med förlängd arm och speciellt anpassad för sprejning av pressverktyg. Den monteras uppe på pressgjutningsmaskinen och har ett specialmunstycke monterat på handleden med möjlighet att täcka verktygets alla ytor. 8 9 upp en bred erfarenhets- och kunskapsbank för automatisering av produktionsprocesser inom gjuteribranschen 9. En viktig grundsten är de kunskaper som vunnits under nära tre decennier från egna avancerade applikationer, sedan den första roboten installerades 1969 för tillverkning av rotorer och statorer i aluminium. ABB kan genom sitt breda kunnande inom såväl process- som automationsområdet samt sin lokala närvaro bidra till både projektering och leverans av nya produktionsanläggningar för gjuterier. ABB Flexible Automation är idag den ledande leverantören på världsmarknaden av 5- och 6-axliga industrirobotar inom gjuterisektorn, som årligen producerar ca 6 miljoner ton detaljer i aluminium. Växande framtidsmarknad Marknadsanalyser visar att efterfrågan av aluminiumgjutgods de närmaste två decennierna kommer att öka med ett årsgenomsnitt på över 200 000 ton. Det innebär en årsproduktion på drygt tio miljoner ton i början av 2010-talet och att ett 20-tal nya gjuterier måste byggas per år för att klara tillväxten. Tendensen är att de stora aluminiumproducenterna runt om i världen i allt högre grad skaffar egen kapacitet för att också tillverka färdiga detaljer till industrin. Gjuterisektorn växer snabbt när det gäller robotbaserad automation. Det totala marknadsbehovet är uppskattat till närmare 5000 robotar per år. Författarens adress Sven Sjöqvist ABB Robotics Products AB S-721 68 Västerås Fax: +46 (0)21 13 25 92 44 ABB Tidning 1/1997