粉末冶金 (PM) 或烧结是在预制模具中压实定制的元素或合金粉末混合物的过程，以高效地制造各种复杂的机器零件。压实后，形状会在可控气氛炉中加热，以粘合颗粒并硬化零件。
也称为生压实，该工艺生产的近净部件通常使用 97% 以上的原料成品零件中的初始原材料。定制的粉末合金混合物提供了生产复杂零件的能力，这些零件可以满足高要求应用所需的强度和公差规格。
位于印第安纳州格林斯堡的 Hitachi Powdered Metal (USA) Inc. 工厂是全球九个这样的日立工厂之一。它专门为美国的一级汽车供应商生产气门机构和传动部件，在摩托车和景观设备制造商中的影响力越来越大。
最初的动机n
日立粉末金属公司 (HPM) 于 2005 年开始在格林斯堡工厂逐步投资工业机器人，这是由于劳动力市场趋紧以及生产极其易碎产品的机会的推动。
（左）CIM Systems 的 Dave Fox 和 Hitachi Powdered Metals 的 James Adams。 （由 ABB Robotics 提供）“我们从机器人开始，因为我们要为客户制造一个零件，这些客户的牙齿又小又脆弱，无法手动处理，那时我们所有的压实机都由HPM 格林斯堡工厂总裁 Gregory Owens 说。 “降低劳动力成本也是一个因素，但在首次安装后不久，一家大型汽车原始设备制造商在镇上开设了一家制造工厂，我们的劳动力成本降低了问题转变为劳动力可用性问题，因为雇用和留住员工变得极其困难。”
为了降低成本并最大程度地减少初始试用期间的任何风险，HPM 购买了二手的、复古的1993 年，印第安纳州诺布尔斯维尔附近的 CIM Systems Inc. 推出 ABB S3 机器人。几年前作为制造开发工程师加入 HPM 的 James Adams 熟悉 CIM，CIM 是美国历史最悠久的 ABB 机器人价值提供商（即系统集成商）美国，来自他在前雇主的机器人工作。
“CIM 有一个二手机器人，可以让我们轻松进入机器人自动化，限制我们的初始曝光，以防万一它不执行正如预期的那样，”亚当斯说。 “他们还通过编程和将系统集成到现有操作中为我们提供了一些急需的支持。”
减少废料，更好地分配劳动力
当粉末金属零件从press，在它们在烤箱中硬化之前，即使是最轻微的触摸，它们也很容易碎裂。使用新安装的机器人，配备电磁夹持器来处理零件，新产品的废品率从 11% 而手动下降到 0.5%。
“当零件被手动拉出时印刷机有相当大的处理损坏。该零件可能会在不知不觉中变形，但您要等到它在五个小时后从烤箱中出来时才会知道。经过适当的编程和装备，机器人在处理零件时会更加温和，”Adams 说。
新系统允许 HPM 将几个手动机器处理程序移动到工厂中不那么平凡的位置，从而减轻了压力一项重复性任务，并以更有效的方式重新分配劳动力。
产量增加 400%
在接下来的一年里，HPM 又增加了五个二手 S3 机器人，应用它从初始系统自动化r 紧凑型压力机。 18 个月后，HPM 节省了足够的废料和劳动力来投资其第一台新机器人。
快进到 2019 年。现在安装了 200 多台机器人，格林斯堡工厂的员工人数与其相同10 年前做过，但产量是其四倍，与全球任何一家日立 PM 工厂相比，以更少的人员轻松交付更多零件。
对于一个特别脆弱的零件，机器人压机管理将 HPM 率下的废品率从 11% 降低到 0.5%。 （由 Hitachi Powered Metals 提供）“为易碎部件安装第一个机器人后，很明显，我们可以真正利用更多的机器人自动机，”Owens 说。 “机器人远远超出了我们最初的预期，而且随着我们继续面临劳动力短缺，坦率地说，我相信机器人将我们从潜在的 n不存在。”
随着第一个机器人的成功，后续安装的步伐很稳定。安装的机器人用了 10 年，然后随着商业和经济的持续改善，最近安装的第 200 台机器人只用了四年时间。
当机会出现时，HPM 继续购买二手ABB 机器人状况良好，但越来越多的新机器人加入了车队。事实上，自 2015 年 #147 以来添加的每个机器人都是新的。
HPM 的安装基础包括一系列 ABB 中小型六轴机器人、一个 Delta 机器人和几个最近添加的 SCARA 模型.与 350 名员工一起，自动化投资得到了很好的利用，每周五到六天三班倒。
“我们的公司总部位于日本，”亚当斯说。 “一旦他们看到机器人的性能和快速的投资回报，他们就非常支持我们的机器人议程。”
一些机器人ts，无论是新的还是二手的，都是来自密歇根州奥本山 ABB Robotics 的 ABB Foundry Prime。它们是 IP67 等级的模型，具有密封良好的连接，可以保护机器人的内部工作免受漂浮的细小、锋利的金属粉末的影响通过植物的气氛。 HPM 地板上的许多标准 IP65 级机器人模型坚固耐用，能够承受多尘环境。
持续扩展
HPM 机器人的扩散得到了复制的支持现有的应用程序，并将自动化扩展到设施中的其他功能。
在安装第一台机器人照管最易碎产品的紧凑型压力机后，Adams 和他的团队依次自动从其他压力机上移除压块.此过程的一部分是将每个零件放在秤上以验证其完整性。验证通过后，零件被放置在通向熔炉的传送带上。
由此产生了额外的劳动效率，并且通过灵巧的操作使用机器人 h 后，不易碎零件的报废率从 7% 下降到与初始零件相同的 0.5%。
在传送带的末端，零件被放在烧结盘上，当装满后，放入炉中进行硬化处理。这个装炉过程成为第二个自动化的主要功能。
许多机器人都是 ABB Foundry Prime，IP67 等级的模型，具有极其良好的密封连接，可以保护机器人的内部工作。 （由 Hitachi Powered Metals 提供）然后安装机器人以有节奏的速度从托盘上取下零件并将它们放在托盘上，同时还在每个托盘层之间插入分隔器。
“随着我们对机器人越来越熟悉，我们将学到的知识和在设施周围复制的应用程序结合起来，”亚当斯说。 “程序在线安装变得更加容易，在生产线安装的最后一天，我们将调整现有程序，复制和粘贴，然后我们在几个小时内就启动并运行了。”
RobotStudio，ABB 的离线仿真和编程软件，成为加速 HPM 越来越多地采用机器人技术的宝贵工具。 RobotStudio 基于 ABB VirtualController（在生产中运行机器人的真实软件的精确副本）构建，使用与车间使用的机器人程序和配置文件相同的机器人程序和配置文件执行逼真的模拟。借助 RobotStudio，Adams 能够设计最佳单元布局并验证其性能，然后再将机器人集成到特定操作中。
“这是有史以来开发的最好的软件，”Adams 说。 “无论是为新应用创建系统，还是复制我们已经安装在工厂其他区域的系统，它都节省了时间和金钱。”
Vision 简介
复制的相对简单性仅在某个应用程序已在工厂车间安装和完善后才存在。新的应用程序通常更具挑战性。在 18 个月并成功集成了 6 个压印机器人之后，HPM 有信心采用当时（2006 年）处于起步阶段的视觉支持技术，以机器人自动化复杂的压印或压印操作。
零件从熔炉中出来后，它们通常会翘曲，这需要将它们放入压力机中，使它们恢复平直或平坦。许多零件都有键槽或齿，需要放置在模具中，所有方面都精确对齐。在机器人到来之前，铸造的零件由硬自动化系统处理，该系统具有许多不同的产品变体，需要频繁、耗时的转换。转换时间如此之长，以至于经常要备份 250 个产品批次，每个批次大约有 100 个零件。
尽管劳动力短缺，但位于印第安纳州格林斯堡的工厂能够以更少的成本交付更多的零件工人数量超过全球任何其他 HPM 工厂。（由 Hitachi Powered Metals 提供）有了具有视觉功能的机器人，就没有停机时间。机器人能够从一组许多不同的零件中识别零件，径向拾取它对其进行定向并将其准确定位在压制机中。
由于视觉系统需要与最新的机器人技术接口，因此这是格林斯堡工厂安装的第一台新 ABB 机器人。它启动并运行后不久，又为同一应用购买了两个新机器人。
“在安装压币站机器人之前，压制人员每天都在工作，”Adams 说。“在第一台视觉机器人问世六个月后已安装，没有更多备份，工作人员周末休息！”
Further Vision
HPM 在要自动化的最后一个主要流程中再次使用了视觉，即对已送去进行专门热处理的零件进行卸垛。尽管零件被整齐地放置在托盘上的分层层上，但它们返回时相对混乱并且难以拆开。具有集成视觉功能的 ABB 机器人能够找到零件并牢固地抓取它们，以便它们可以安全地卸垛。
“这是 ABB 机器人的独特功能之一，”CIM Systems 总裁 Dave Fox 说，他帮助整合了各种视觉系统。 “这些零件在滑道上真的乱七八糟，排列不整齐，有些甚至是倒置的。典型的六轴机器人会遇到各种奇点问题，进入无法移动的位置。但是 ABB 机器人使用先进的奇点避免技术能够找到零件，抓住它们并将它们安全地放在传送带上而不会错过任何一个节拍。”
用于质量检测的 SCARA 机器人
毫不奇怪，最近寻找更有效的系统来检查气门导管导致机器人，在这种情况下是一组 ABB SCARA（ Selective Compliance Assembly Robot Arm) 模型，通常用于小零件装配和材料处理。
HPM 协议要求对所有气门导管进行 100% 检查，考虑到零件种类繁多，这是一项艰巨的任务必须进行测试：每个部件有 30 种不同的尺寸变化和 16 个检测点。由于流行的硬自动化测试系统无法充分跟上数量的增长，Adams 开始寻找更好的系统。
HPM 在印第安纳州格林斯堡的工厂（由 Hitachi Powered Metals 提供）查看后各种选择，所有这些都有太多的移动标准ts 并且需要复杂的工程设计，Fox 建议围绕 SCARA 机器人设计一个系统，ABB 于 2016 年将其添加到其产品组合中。它们肯定足够快，具有很好的可重复性，占地面积小，安装形式不受阻碍，适合在密闭空间。
设计了一个相对简单的系统，其中三个 SCARA 机器人从料斗传送带上拾取单个气门导管，并将它们呈现给视觉相机和一个固定的“比较器”，以访问 16 个检测所需的不同角度点。通过的零件被放置在一个传送带上，而没有通过的零件被放置在废品箱中。
由于能够灵活地以类似的轻松方式灵巧地处理每个不同的零件变化，该系统能够检查零件每两秒，比以前的方法快 30%。由于运动仅限于短距离且零件非常轻，因此六轴机器人的工作效率不如 sleek，范围有限的 SCARA。
“SCARA 是 ABB 产品组合的重要补充。如果没有这个解决方案，日立可能不得不寻求另一种技术来进行零件检测，”Fox 说。 “很高兴能够找到机器人的另一个应用程序，尽管这并不是我想到的第一个选项。”
CIM Systems Always Present
一个不变的从安装在 HPM 的第一台机器人到今天，无论是在前台还是在后台，CIM Systems 一直在现场。 CIM 在需要时始终可用，它为 HPM 设置了新的和使用过的机器人，帮助编程和故障排除，也许最重要的是，教会 HPM 员工自己做很多事情。
当 HPM 将机器人集成到一个新的应用程序，无论是否有远见，CIM 都进行了设置和编程，始终注意分享他们的专业知识，包括 RobotStudio 的使用。在 HPM 的机器人收购偶尔平静期间时间线，CIM 可用于更新程序，为旧型号寻找难以捉摸的备件，或提供有关使用各种年份的机器人的建议。
HPM 使用 ABB SCARA 机器人进行 100% 检查所有气门导管。 （由 ABB 提供）“在我们处理每个不同的流程时，我们让 CIM 进行初始集成和编程。一旦我们开始在整个工厂复制流程，我们就学到了足够多的知识，可以自己做很多事情，”Adams 说。 “由于与 ABB 的密切关系，Dave Fox 总是知道新技术何时会出现，以及哪些机器人最适合我们的各种应用。我们从 CIM Systems 获得的支持和来自 ABB 的服务是一个理想的组合。”
凭借如此长期的合作关系，我们毫不奇怪2017 年，第一台机器人在 ABB 位于奥本山的美国制造工厂下线，由 CIM 在 HPM 进行调试。独一无二的 IRB 2400 机器人在工厂被定制涂成红色、白色和蓝色，并放置在 HPM 设施的显着位置，执行检查和码垛任务。
“我们很高兴我们能够为 HPM 采购第一台美国制造的机器人，”Fox 说。 “这一点尤为重要，因为印第安纳工厂拥有 HPM 众多全球设施中最灵活的自动化装置。”
其他 HPM 设施的支持
HPM 在日本的公司管理层注意到了主要的Greensburg 团队使用机器人提高了生产力，并在 2017 年指派 Adams 和 Owens 领导一项“全球机器人”计划，以支持世界各地的其他日立粉末金属工厂扩大机器人的使用。
这两个年计划超过中点和附属公司开始实现生产力的显着提高，即使其他国家/地区的劳动力成本较低。
Adams 在 HPM 设置了 ABB 的远程监控功能，因此他或他的团队成员可以看到机器人是如何工作的在工厂外的任何地方使用笔记本电脑、平板电脑或智能手机操作和解决大多数问题。对于更新的机器人，HPM 希望利用 ABB Ability Connected Services（ABB 统一的跨行业数字产品），从任何位置提供有关机器人状态和性能的实时数据。
未来计划
HPM 的持续使命包括通过机器人自动化改进其运营。
“我们预计在可预见的未来每年将增长 10%，我们必须竭尽所能保持竞争力，”欧文斯说。 “我们正在研究我们能够为电动汽车制造哪些传动部件，并将我们的目光投向了 p渗透到重型设备等非汽车领域，在这些领域，粉末金属可能能够以更低的成本取代由其他材料制成的零件。”
“我当然预计机器人安装的速度将保持稳定甚至增加”Owens 说。
有关 Hitachi Powder Metals (USA) Inc. 的信息，请访问或致电 317-773-5600。有关 ABB Robotics 的信息，请访问 /robotics 或致电 248-391-9000。
HPM 制造的产品。 （由日立动力金属提供）
