Sélection de robots : une étude de cas sur les robots à cinq axes dans le moulage par injection de carters de moteurs pour véhicules à énergies nouvelles

Sélection de robots : une étude de cas de cinq robotsRobots Axis dans le moulage par injection des carters de moteurs pour véhicules à énergies nouvelles

Le développement rapide de l'industrie des véhicules à énergies nouvelles a engendré des exigences de production de plus en plus strictes pour les composants essentiels moulés par injection, tels que les carters de moteur. La haute précision, la grande régularité et une productivité élevée sont devenues des critères indispensables, rendant les robots triaxiaux traditionnels inadaptés aux processus de moulage complexes. Les robots servo-mécaniques à cinq axes, grâce à leur liaison multiaxes flexible et à leur contrôle de positionnement de haute précision, sont devenus des équipements automatisés essentiels dans la production par injection de carters de moteur pour véhicules à énergies nouvelles. Cet article analysera la logique de sélection des robots à cinq axes, en partant des difficultés rencontrées lors de la production par injection de carters de moteur pour véhicules à énergies nouvelles, et fournira des pistes de réflexion aux entreprises de moulage par injection, à partir d'exemples concrets.

I. Moulage par injection des carters de moteurs pour véhicules à énergies nouvelles : pourquoi les robots à cinq axes sont-ils devenus une nécessité ?

Qu’ils soient fabriqués en plastique technique ou par moulage par injection de composites métalliques, les carters de moteurs pour véhicules à énergies nouvelles se caractérisent par des structures irrégulières, une grande précision dimensionnelle et une difficulté de démoulage. Parallèlement, les exigences élevées en matière de temps de cycle de production, liées à la production de masse, imposent des critères essentiels aux robots, ce qui explique pourquoi les robots à cinq axes remplacent les équipements traditionnels.

La complexité du processus de moulage exige un fonctionnement multidimensionnel : les carters de moteur, conçus pour accueillir l’assemblage du moteur, intègrent souvent des structures complexes telles que des ailettes de dissipation thermique, des clips de fixation et des trous de positionnement. Les moules comportent fréquemment des mécanismes d’extraction du noyau et d’éjection angulaire. Les robots à trois axes ne peuvent effectuer qu’un mouvement linéaire selon les axes X/Y/Z, ce qui les empêche de réaliser l’extraction de pièces angulaires ou des ajustements de posture multi-angles, et les expose à des interférences avec les composants du moule. En revanche, les robots à cinq axes, grâce à leurs axes rotatifs synchronisés, peuvent effectuer un fonctionnement à 360° sans angle mort, évitant ainsi facilement les structures du moule pour une extraction précise des pièces.

Les exigences de précision imposent des normes de positionnement élevées : les tolérances dimensionnelles des carters de moteurs de véhicules à énergies nouvelles doivent être contrôlées au micromètre près, avec des exigences strictes en matière de coaxialité, de parallélisme et d’autres tolérances géométriques. Le non-respect de ces exigences aura un impact direct sur la précision d’assemblage du moteur et sa stabilité de fonctionnement. Les robots servo à cinq axes atteignent une précision de répétabilité de ±0,05 mm. Associée à la fluidité de fonctionnement d’un système d’entraînement servo, cette précision permet d’éviter les à-coups et les écarts de positionnement lors du retrait et de la mise en place des pièces, garantissant ainsi la constance du produit.

Adaptation à haute efficacité aux exigences de la production de masse : La production à grande échelle de véhicules à énergies nouvelles nécessite un fonctionnement continu 24 h/24 de la machine de moulage par injection du carter moteur. Un système à cinq axes Robot peut L'intégration de multiples processus, tels que le tri des produits, l'inspection des articles et l'empilage des palettes, élimine le besoin d'intervention manuelle. Le temps de cycle peut être réduit à moins de 8 secondes, ce qui accroît l'efficacité de plus de 60 % par rapport à la production manuelle, tout en diminuant considérablement les coûts de main-d'œuvre et les taux de rebut.

Adaptabilité aux environnements de moulage à haute température : Les carters de moteur utilisent souvent des plastiques techniques résistants aux hautes températures, tels que le PPS et le PA66. La température de surface du produit est élevée lors du démoulage. Un robot à cinq axes peut être équipé de pinces flexibles résistantes aux hautes températures et de dispositifs d’isolation thermique afin de prévenir les dommages causés au produit par la déformation des pinces lors du démoulage. Il permet également un démoulage automatisé et continu, résolvant ainsi les problèmes de sécurité liés aux opérations à haute température lors du démoulage manuel.

II. Moulage par injection des carters de moteur pour véhicules à énergies nouvelles : principaux critères de sélection pour les robots à cinq axes

Compte tenu des caractéristiques de production des carters de moteur pour véhicules à énergies nouvelles, le choix d'un robot cinq axes doit s'appuyer sur cinq dimensions essentielles : capacité de charge, précision de positionnement, flexibilité de mouvement, capacité d'intégration au processus et stabilité. Parallèlement, il doit être adapté aux spécifications réelles du moule, à la puissance de la presse à injecter et au temps de cycle de production. Les critères de sélection précis sont les suivants :

1. Capacité de charge : Faire correspondre le poids du produit + le poids du dispositif de fixation, avec une marge de sécurité.

Le poids du carter moteur varie selon le modèle et la conception du véhicule. Un carter moteur pour une petite voiture particulière à énergies nouvelles pèse environ 1 à 3 kg, tandis que pour les véhicules utilitaires, il peut atteindre 5 à 8 kg. Lors du choix d'un robot à cinq axes, sa charge nominale doit couvrir le poids du produit et celui du dispositif de fixation spécifique, avec une marge de sécurité d'au moins 50 % afin d'éviter les vibrations et les écarts de précision dus à une charge insuffisante lors de déplacements à grande vitesse. Par exemple, pour un carter moteur de 3 kg, il est recommandé de choisir un robot à cinq axes avec une charge nominale ≥ 8 kg. L'intégration de dispositifs d'inspection visuelle et de cisaillement de portail nécessite une augmentation supplémentaire de la capacité de charge.

2. Précision de positionnement : Répétabilité ≤ ±0,05 mm, s'adaptant aux exigences de tolérance géométrique.

Les exigences de coaxialité et de précision de positionnement du carter moteur déterminent directement le niveau de précision du robot. Les critères de sélection principaux doivent privilégier la répétabilité et la précision du positionnement. La répétabilité doit être ≤ ±0,05 mm afin de garantir des positions de placement et de prise constantes. Parallèlement, un robot cinq axes équipé d'une règle linéaire de haute précision et d'un système d'asservissement doit être sélectionné pour assurer un contrôle précis de la vitesse de déplacement et éviter les écarts de produit dus aux arrêts ou accélérations brusques.

3. Flexibilité du mouvement : Course et vitesse de l'axe rotatif adaptées à la structure du moule.

La vitesse de déplacement et de rotation des axes A/C (axes rotatifs) du robot à cinq axes est cruciale pour son adaptation à la structure du moule. Pour les moules de carter moteur comportant plusieurs éjecteurs angulaires et mécanismes d'extraction de noyaux, l'angle de rotation de l'axe A doit être ≥ ±180° et celui de l'axe C doit être de 360° sans zone morte. Parallèlement, la vitesse de rotation doit être ajustable afin de répondre aux exigences de production en matière de positionnement lent et d'accélération rapide, garantissant ainsi la précision lors de la prise en charge sans perturber le cycle de production.

4. Capacité d'intégration des processus : Prend en charge la liaison multiprocessus, réduisant ainsi les investissements dans les équipements de la ligne de production

Un robot cinq axes de haute qualité doit posséder de solides capacités d'intégration des processus, intégrant directement des fonctions telles que la découpe automatique de la filière, le contrôle visuel initial du produit, le placement automatique des plateaux et l'alimentation en matières premières. La liaison multiprocessus est assurée par un système de commande programmable. Par exemple, après la récupération du carter moteur, l'effecteur du robot découpe la filière avec précision, puis achemine le produit vers le poste de contrôle pour un premier contrôle dimensionnel. Les produits conformes sont directement placés sur plateaux, tandis que les produits non conformes sont triés automatiquement, réalisant ainsi des opérations intégrées « récupération-traitement-contrôle-tri » et raccourcissant considérablement le flux de production.

5. Stabilité et protection : Adaptable aux environnements de production industrielle, répondant aux exigences de fonctionnement 24 heures sur 24.

Les lignes de production de moulage par injection pour carters de moteurs fonctionnent généralement en continu 24 heures sur 24, ce qui rend la rigidité structurelle et le niveau de protection du bras robotisé essentiels. Le châssis doit être construit en acier haute rigidité afin d'éviter toute déformation structurelle due à des mouvements prolongés à grande vitesse ; le niveau de protection doit atteindre IP54 ou supérieur pour résister à la poussière, à l'huile et à la corrosion due à l'humidité dans un atelier de moulage par injection ; le bras doit également être équipé de fonctions d'autodiagnostic des pannes, d'arrêt d'urgence et de protection contre les collisions de moules, permettant un arrêt immédiat en cas d'anomalie afin de prévenir tout dommage aux équipements et aux moules et d'assurer la continuité de la production.

6. Adaptabilité : Intégration transparente avec les machines et moules de moulage par injection

Lors du choix d'un robot, assurez-vous de son intégration parfaite avec la puissance et les spécifications des moules de la presse à injecter existante. Pour les presses à injecter de grande capacité (800 tonnes et plus), il est recommandé d'opter pour un robot servo-commandé cinq axes robuste, doté d'un bras extensible, afin de répondre aux exigences de course d'éjection des grands moules. Parallèlement, le système de commande du robot doit permettre la communication par signaux avec la presse à injecter et le moule, assurant ainsi la liaison en temps réel des signaux de fin d'injection, d'éjection des pièces par le robot et d'ouverture/fermeture du moule, et ce, afin d'éviter tout temps d'attente entre les différents dispositifs.

III. Moulage par injection de carters de moteur pour véhicules à énergies nouvelles : étude de cas d’application d’un bras robotisé à cinq axes

Contexte : Un fabricant de composants essentiels pour véhicules à énergies nouvelles est spécialisé dans le moulage par injection de carters de moteur pour ces mêmes véhicules. Les pièces, en plastique technique PPS, pèsent 2,8 kg chacune et présentent une tolérance dimensionnelle de ±0,03 mm. Le modèle de production initial, utilisant un bras robotisé à trois axes et une assistance manuelle, souffrait de problèmes tels que des interférences lors de la manipulation des pièces, un taux de rebut élevé (environ 5 %) et un cycle de production lent (15 secondes par cycle). Afin de répondre à une demande de production de 500 000 unités par an, un bras robotisé servo-commandé à cinq axes ZHIYI a été installé sur la ligne de production.

Sélection et correspondance

Compte tenu des caractéristiques du produit et des exigences de production, le robot servo à cinq axes et à double bras personnalisé ZHIYI a finalement été sélectionné. Sa configuration principale est la suivante :
Charge nominale : 10 kg, avec une marge de sécurité suffisante, capable d'accueillir des fixations flexibles résistantes aux hautes températures et des dispositifs de cisaillement de portail ;
Répétabilité : ±0,03 mm, répondant aux exigences de tolérance au niveau du micron du produit ;
Angle de rotation de l'axe A/C : axe A ±180°, axe C 360°, adaptable aux structures d'éjection et d'extraction de noyau inclinées du moule, permettant un retrait de pièces inclinées sans interférence ;
Intégration des processus : Intègre les fonctions de cisaillement automatique des portes, d'inspection initiale par vision CCD et de placement automatique des plateaux, réalisant une intégration multiprocessus ;
Compatibilité avec les machines de moulage par injection : machine de moulage par injection de grande capacité (800T), le bras étendu répond aux exigences de course d'extraction des pièces du moule et le système de contrôle s'intègre parfaitement à la machine de moulage par injection.

Résultats de l'application

Amélioration significative de l'efficacité de la production : le temps de cycle unique est passé de 15 secondes à 9 secondes, la capacité horaire a augmenté de 66,7 % et le fonctionnement continu 24 heures sur 24 permet d'atteindre une production annuelle de 600 000 unités, dépassant ainsi les objectifs de production ;
Taux de rebut considérablement réduit : le positionnement de haute précision et le fonctionnement stable du bras robotisé à cinq axes résolvent complètement les problèmes de collisions de pièces et d’écarts de position lors de la manipulation des pièces, réduisant le taux de rebut de 5 % à 0,8 %, réduisant considérablement le gaspillage de matériaux ;
Optimisation des coûts de main-d'œuvre : le nombre d'ouvriers par ligne de production est passé de 3 à 1 (chargé uniquement de la surveillance des équipements), ce qui a permis de réduire les coûts de main-d'œuvre de 66 %. Combiné à un fonctionnement 24 h/24, les économies annuelles sur les coûts de main-d'œuvre dépassent un million de yuans ;
Modernisation de la ligne de production par automatisation : automatisation complète du processus, de l’injection à la mise en place des plateaux, en passant par la manutention des pièces, le cisaillement des points d’injection et l’inspection. La constance du produit atteint 99,9 %, répondant aux normes d’approvisionnement des constructeurs de véhicules à énergies nouvelles.
Excellente stabilité de l'équipement : Doté d'un système de protection IP55 et d'une fonction d'autodiagnostic des pannes, l'équipement présente un taux de défaillance inférieur à [pourcentage manquant] 0,5 % en fonctionnement continu sur 24 heures, garantissant ainsi l'efficacité de la ligne de production.

Valeur ajoutée de l'étude de cas : Cette étude de cas démontre pleinement la pertinence des robots à cinq axes pour la production par injection de carters de moteurs destinés aux véhicules à énergies nouvelles. Grâce à une sélection personnalisée et à une intégration optimale des processus, elle permet non seulement de résoudre les problèmes des modèles de production traditionnels, mais aussi d'obtenir une triple amélioration : efficacité de production, qualité des produits et maîtrise des coûts. Elle offre ainsi une solution d'automatisation reproductible pour la production à grande échelle de composants essentiels moulés par injection pour les véhicules à énergies nouvelles.

IV. Éviter les principales idées fausses dans la sélection d'un robot à cinq axes

Lors du choix de robots cinq axes pour le moulage par injection des carters de moteurs de véhicules à énergies nouvelles, de nombreuses entreprises tombent facilement dans le piège d'une approche purement paramétrique et du choix aveugle du modèle le plus cher. Il est possible d'éviter les erreurs courantes qui entraînent une inadéquation des équipements aux besoins de production et des coûts inutiles. Voici les points clés pour éviter ces écueils :

Évitez de vous concentrer uniquement sur les paramètres sans tenir compte de la compatibilité réelle : certaines entreprises recherchent aveuglément une capacité de charge et une précision élevées, négligeant les exigences réelles des spécifications du moule et de la puissance de la presse à injecter. Par exemple, l’utilisation d’un robot cinq axes lourd pour un petit moule augmente non seulement l’investissement en équipement, mais allonge également le temps de cycle de production en raison d’une course excessive.

Évitez de négliger les capacités d'intégration des processus : si vous ne choisissez qu'un robot à cinq axes doté d'une seule fonction de prélèvement de pièces, il devra encore être combiné à d'autres équipements pour réaliser des processus tels que le cisaillement et l'inspection, ce qui ne permettra pas d'intégrer la ligne de production et nécessitera finalement des investissements supplémentaires.

Ne négligez pas le service après-vente et le support technique : la mise au point et la maintenance des robots à cinq axes nécessitent une équipe technique spécialisée. Lors du choix d'un robot, privilégiez un réseau mondial de service après-vente et une formation technique proposés par le fournisseur afin de garantir une maintenance et une mise au point rapides, même sur les sites de production à l'étranger.

Il est essentiel de ne pas négliger la compatibilité et l'évolutivité des équipements : les produits des véhicules à énergies nouvelles évoluent rapidement, et la conception des carters de moteur s'adapte en conséquence. Lors du choix d'un robot, privilégiez un modèle doté d'une forte programmabilité et d'une grande flexibilité de remplacement de l'effecteur afin de répondre aux besoins de production après les mises à niveau des produits et d'éviter des investissements supplémentaires. V. Conclusion : La production par injection de carters de moteur pour véhicules à énergies nouvelles exige désormais des équipements d'automatisation plus performants, passant d'une simple manutention de pièces à une intégration poussée, une grande précision et une haute efficacité. Les robots servo à cinq axes, grâce à leur flexibilité de liaison multi-axes, leur contrôle de positionnement de haute précision et leurs puissantes capacités d'intégration des processus, constituent la solution optimale dans ce domaine. Lors du choix d'un robot, les entreprises doivent se concentrer sur trois aspects clés : les caractéristiques du produit, les besoins de production et les spécifications du moule. Une adéquation personnalisée doit être réalisée en fonction de critères tels que la capacité de charge, la précision de positionnement et la flexibilité de mouvement. Il convient également d'éviter les pièges liés à la sélection et de privilégier les fournisseurs possédant de solides compétences techniques et un service après-vente complet.

ZHIYI, fournisseur professionnel d'équipements d'automatisation industrielle, possède une expertise pointue en R&D et en production de servorobots pour presses à injecter. L'entreprise propose des solutions robotiques cinq axes sur mesure, adaptées aux besoins spécifiques de production de carters de moteurs pour véhicules à énergies nouvelles. Elle assure un service complet, de la sélection et la conception à la mise en service sur site, en passant par la fabrication et le support après-vente. Ce service permet aux entreprises de moulage par injection de moderniser leur automatisation et de répondre aux exigences de production à grande échelle du secteur des véhicules à énergies nouvelles.

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