В обзоре из десяти участков мы назвали поверхностную обработку участком, скорее всего определяющим срок поставки. Эта статья — причина того, и она сводится к одному физическому факту:
Анодирование — единственный этап в цепочке, где деталь возвращается измеримо другого размера, чем ушла.
Всё остальное — фрезерование, точение, сверление — удаляет материал там, где вы выбрали, в момент, который вы выбрали, на видимом станке. Анодирование наращивает слой сразу на каждой голой поверхности, включая те грани, до которых вы добирались четырьмя установками до H7.
Детали роботов подвержены этому необычно сильно, потому что шарнир робота — это плотная куча посадок: посадочные отверстия подшипников, установочные выступы, штифтовые отверстия и множество мелких резьб, всё столплено на корпусе обычно 60–130 мм в поперечнике, причём соседние элементы часто разнесены всего на несколько миллиметров.
Наполовину наружу, наполовину внутрь
Анодное покрытие — не краска, лежащая поверх металла. Это алюминий, превращённый в оксид алюминия, и оксид занимает больше места, чем металл, из которого он получен. Практический результат и число, которое вам нужно:
Примерно половина толщины покрытия растёт наружу, половина уходит внутрь.
То есть поверхность смещается наружу примерно на половину толщины покрытия. Что означает: на любом диаметре — вал растёт, отверстие уменьшается — примерно на всю толщину покрытия.
| Спецификация | Толщина покрытия | Смещение поверхности | Изменение на Ø |
|---|---|---|---|
| Type II, 8 µm | 8 µm | +4 µm | вал +8 / отверстие −8 |
| Type II, 12 µm | 12 µm | +6 µm | вал +12 / отверстие −12 |
| Type III hardcoat, 25 µm | 25 µm | +12 µm | вал +25 / отверстие −25 |
| Type III hardcoat, 50 µm | 50 µm | +25 µm | вал +50 / отверстие −50 |
Теперь сопоставьте это с реальным требованием. Ø30 H7 — это +0.021 / 0 мм, то есть полоса в 21 мкм. Твёрдое анодирование 25 мкм больше всего допускового поля. Это не проблема допуска, из которой можно выйти обработкой; это конструкторское решение, принятое, когда кто-то написал «твёрдое анодирование» в основной надписи, не прочитав остальной чертёж.
Исправление простое и должно произойти до того, как деталь попадёт в ванну: обработайте отверстие с запасом на толщину покрытия или замаскируйте отверстие. Надежда не работает.
Пять вещей, которые действительно ломаются
Анодируйте весь шарнир робота «целиком», и вот отказы, которые мы видим, примерно в порядке частоты:
- Внутренние резьбы. Главный брак, с большим отрывом. Подробнее ниже.
- Скользящие и прессовые посадки. Вал в отверстии с зазором 0.02 мм после твёрдого анодирования — это натяг. Из «хорошей посадки» получается «для сборки нужен молоток».
- Посадочные отверстия подшипников и установочные выступы. Два элемента, о которых робототехника заботится больше всего, и которые смещаются сильнее всего.
- Контактные поверхности заземления и электрического контакта. Анодное покрытие — электрический изолятор, отчасти поэтому оно сопротивляется коррозии. Робот, собранный из полностью анодированных сопрягаемых граней, не имеет надёжного пути заземления, и тогда вы гоняетесь за проблемами ЭМС, которые на самом деле не проблемы ЭМС.
- Поверхности, критичные к усталости, под твёрдым анодированием. Покрытие твёрдое и хрупкое. Под циклической нагрузкой оно трескается, и эти трещины запускают трещины в алюминии под ним. Широко сообщается, что твёрдое анодирование снижает усталостную прочность основы, зависит от сплава и значительно — для высокопрочных марок. Звенья робота и рычаги шарниров по определению нагружены циклически. Подумайте, прежде чем твердо анодировать деталь, которая гнётся.
Резьбы: четыре выхода, ни один не бесплатный
Для внутренней резьбы покрытие нарастает на боковых сторонах, и поскольку боковые стороны наклонны, средний диаметр смещается заметно больше толщины покрытия — рабочее правило 1,2×. 12 мкм Type II стоят вам примерно 15 мкм среднего диаметра. 25 мкм твёрдого анодирования стоят примерно 30 мкм, что на резьбе M4 или M5 6H достаточно, чтобы забраковать калибр.
Четыре исправления, в порядке, который мы обычно рекомендуем:
| Вариант | Во что это вам обходится |
|---|---|
| Замаскировать отверстия (заглушки или колпачки) | Ручная работа, поэтому деньги за каждое отверстие, а заглушки иногда протекают. Надёжно, и единственный вариант, сохраняющий покрытие целым в других местах. |
| Нарезать резьбу с запасом до анодирования | Бесплатно по себестоимости единицы, нужен правильный метчик (метчик «с запасом под анодирование» или повышенного предела) и разовая проба для подбора размера. Наш выбор по умолчанию в серии. |
| Прогнать резьбу после | Дёшево и сразу — но это режет сквозь покрытие до чистого алюминия, то есть вы создали путь коррозии, которого анодированием хотели избежать. |
| Резьбовая вставка после анодирования | Лучший результат по износу и коррозии. Стоит вставка на каждое отверстие, и нужна достаточная толщина стенки бобышки. |
Конструкторский ответ, если деталь ещё можно изменить: не анодируйте резьбы вообще. Используйте отверстия с зазором с гайками или вынесите резьбы в стальную вставку или отдельный кронштейн. Каждое резьбовое отверстие, которое вы убрали из записи анодирования, — это отверстие, за маскировку, заглушку, прогонку или брак которого вы не платите.
Цвет: почему вторая партия никогда не совпадает с первой
Детали роботов — видимые детали. Чёрные анодированные руки и схваты стоят на фото выставок и на полах заказчиков, и несовпадение цвета — это жалоба, которая приходит, когда всё остальное уже идеально.
Анодирование полупрозрачное, а не непрозрачное, и краситель сидит в порах. Поэтому конечный цвет зависит от лежащего под ним сплава не меньше, чем от красителя:
- Сплав. 6061 анодируется чисто и предсказуемо. 7075 становится заметно темнее и серее из-за цинка. 2xxx (высокомедный) склонен к жёлто-коричневому. Литейные сплавы с высоким кремнием идут пятнисто-серыми, что бы вы ни делали.
- Термообработка и история нагрева. Перестаренный материал смещается. Так же может сварочный шов или сильно термически поражённая зона рядом с не нагретой областью.
- Плавка материала. Два прутка 6061-T6 из разных плавок, на одном станке, в одной ванне, в один день — всё равно заметный ступенчатый переход. Если вам это важно, купите материал запасных частей вместе с материалом серии и анодируйте их в одной рамке.
- Сама линия. Температура ванны, плотность тока, концентрация красителя и возраст ванны, время герметизации. Хороший анодировщик жёстко контролирует это; «жёстко» — не значит «идентично, шесть месяцев спустя».
- Поверхность под покрытием. Вот то, что люди забывают. Анодирование не скрывает следы инструмента — оно сохраняет их, а глянец часто делает их заметнее. Обработанная до 3.2 Ra грань остаётся гранью 3.2 Ra. Если вы хотите однородный вид по партии, укажите предварительную отделку (зернистость пескоструя или заданное Ra) так же явно, как вы указываете цвет.
Единственный надёжный коммерческий ответ — утверждённый образец: одна деталь, принятая и сохраняемая как эталон, по которому оцениваются и проверяются последующие партии. Всё остальное — сравнение прилагательных.
Что написать на чертеже
По умолчанию в каждом цеху анодирования — «анодировать всё голое». Именно это умолчание порождает сюрпризы, поэтому пишите запись как список исключений, а не включений:
ANODIZE: MIL-A-8625 TYPE II, CLASS 2, BLACK
COATING THICKNESS: 8–12 µm
MASK (NO COATING):
– ALL THREADS M3 THROUGH M6
– BORE Ø30 H7 (BEARING SEAT)
– DATUM A FACE (ELECTRICAL BONDING)
– DOWEL HOLES Ø6 H7
RACK CONTACT: NON-CRITICAL FACE, OPPOSITE DATUM B
COLOR: MATCH APPROVED SAMPLE S-2417
Три замечания к этому блоку:
- Укажите диапазон толщины, а не только тип. «Type II» допускает всё от 5 до 25 мкм, и этот диапазон — разница между посадкой, которая работает, и той, которая нет.
- Скажите, где рамка может касаться детали. Детали должны иметь электрический контакт для анодирования, поэтому будут контактные метки. Если вы не укажете где, выбирает оператор, а операторы выбирают большую плоскую грань, на которую вы будете смотреть.
- Маскировка — ручная работа, и её оценивают за элемент. Чертёж с полным списком исключений возвращается дешевле и быстрее, чем тот, что пересматривают после брака первого образца.
Часто задаваемые вопросы
Можно просто обработать всё до окончательного размера и анодировать тоньше?
Можно сделать тоньше, и для чисто декоративной отделки 5 мкм часто достаточно. Но тоньше значит меньше износостойкость и меньше защита от коррозии, и это не меняет арифметику — лишь уменьшает число, под которое всё равно нужно компенсировать. Шаг компенсации неизбежен; переговорному подлежит только его величина.
Влияет ли анодирование на допуск размеров уже сделанных деталей?
Оно меняет размер, так что да. Если отверстие было измерено Ø30.010 до анодирования, оно будет измерено примерно Ø29.998 после Type II 12 мкм. Измеряйте после анодирования всё, что важно, и укажите на чертеже, относится ли допуск к до или после покрытия — большинство чертежей этого не делают, поэтому спор и возникает при приёмке.
Можно ли снять покрытие и заново анодировать деталь, которая получилась неправильно?
Обычно да, один раз. Снятие удаляет тонкий слой алюминия вместе с покрытием, поэтому вторая зачистка часто выводит деталь за пределы допуска. Относитесь к переделке как к единственному выстрелу, а не к циклу — и не планируйте процесс, который от неё зависит.
Всегда ли твёрдое анодирование лучше для деталей роботов?
Нет. Твёрдое анодирование — для износа: скользящие поверхности, губки схвата, всё, что трётся. Оно толще (поэтому хуже для размеров), темнее и менее однородно по цвету, и стоит усталостной долговечности. Большинству конструкционных деталей роботов нужен Type II. Тем, кому нужен Type III, известно почему.
Где наше место
Мы обрабатываем размеры под анодирование, составляем план маскировки по вашему чертежу и измеряем детали после возврата из ванны — потому что это число, которое видит ваша сборка. Когда требование чертежа и спецификация покрытия в конфликте, мы предпочтём отметить это на этапе DFM, чем отгружать детали, которые правильно проходят калибр в нашей зоне контроля, а заклинивают на вашем полу.
Пришлите STEP и PDF. Если на нём есть запись анодирования, мы скажем, что она делает с вашими посадками, до того как дадим расценку.