Szlifowanie robotyczne vs. Szlifowanie chemiczne do wykończenia biżuterii (koszty pracy i jednolitość powierzchni)

PFT, Shenzhen

Streszczenie
Niniejsze badanie ocenia techniki polerowania robotycznego i chemicznego wykańczania biżuterii, koncentrując się na efektywności kosztów pracy i jednolitości powierzchni. Przeprowadzono analizę porównawczą z wykorzystaniem zestawu próbek 120 elementów srebrnych i złotych. Polerowanie robotyczne wykorzystywało sześcioosiowe ramię przegubowe z głowicami polerskimi o zmiennej prędkości, podczas gdy polerowanie chemiczne stosowało kontrolowane kąpiele kwasowe w standaryzowanych warunkach. Pomiary chropowatości powierzchni (Ra) rejestrowano za pomocą profilometru kontaktowego, a koszty pracy obliczano na podstawie czasu trwania procesu i zaangażowania operatora. Wyniki wskazują, że polerowanie robotyczne osiąga spójną jednolitość powierzchni (zmienność Ra ≤5%) przy wyższych początkowych kosztach sprzętu, ale niższych kosztach pracy na sztukę. Polerowanie chemiczne zapewnia porównywalną jednolitość dla prostych geometrii, ale wykazuje większą zmienność na złożonych powierzchniach i generuje wyższe koszty operacyjne związane z bezpieczeństwem. Wyniki potwierdzają wybór polerowania robotycznego dla produkcji biżuterii o dużej skali i skomplikowanych wzorach, podczas gdy polerowanie chemiczne pozostaje odpowiednie dla prostszego wykańczania partiami z ograniczonymi nakładami finansowymi.

1. Wprowadzenie

Wykańczanie biżuterii wymaga wysokiej precyzji, aby spełnić standardy estetyczne i jakościowe. Gładkość i jednolitość powierzchni bezpośrednio wpływają na atrakcyjność produktu, podczas gdy koszty pracy znacząco wpływają na ekonomię produkcji. Polerowanie robotyczne i polerowanie chemiczne to dwie powszechnie stosowane metody wykańczania, jednak ich porównawcza wydajność w zakresie efektywności operacyjnej i spójności powierzchni wymaga ilościowej oceny. Niniejsze badanie stanowi systematyczną ocenę, która ma na celu ukierunkowanie wyboru procesu w przemysłowej produkcji biżuterii.

2. Metody badawcze

2.1 Podejście projektowe

Ustanowiono porównawcze ramy eksperymentalne, koncentrując się na nakładzie pracy i wynikach chropowatości powierzchni. Badanie uwzględniało powtarzalność i odtwarzalność poprzez testowanie identycznych elementów biżuterii w kontrolowanych warunkach.

2.2 Źródła danych

Dane zebrano z zakładu produkcyjnego biżuterii w Shenzhen w okresie czterech tygodni. Typy elementów obejmowały 60 srebrnych wisiorków i 60 złotych pierścionków, reprezentujących szereg geometrii powierzchni.

2.3 Narzędzia i modele eksperymentalne

• Polerowanie robotyczne: Sześcioosiowe ramię robota (KUKA KR6) wyposażone w głowice polerskie o zmiennej prędkości, zaprogramowane do automatycznego sterowania ścieżką.

• Polerowanie chemiczne: Znormalizowany zestaw kąpieli kwasowej z kontrolą temperatury (25 ± 1°C) i protokołami zanurzenia czasowego.

• Narzędzia pomiarowe: Profilometr kontaktowy (Mitutoyo SJ-410) do pomiarów Ra, koszty pracy obliczone na podstawie rejestrów czasu pracy operatora.

Wszystkie procedury zostały udokumentowane w celu zapewnienia powtarzalności, w tym skrypty ścieżek robota, składy kąpieli chemicznych i protokoły bezpieczeństwa.

3. Wyniki i analiza

3.1 Porównanie chropowatości powierzchni

Tabela 1. Porównanie chropowatości powierzchni (Ra)

Polerowanie robotyczne wykazało mniejszą zmienność zarówno dla prostych, jak i złożonych geometrii, zapewniając jednolite wykończenie. Polerowanie chemiczne wykazało większą zmienność Ra, szczególnie na złożonych kształtach.

3.2 Ocena kosztów pracy

Rysunek 1. Koszt pracy na sztukę

Analiza kosztów pracy wykazała, że polerowanie robotyczne zmniejszyło zaangażowanie operatora o 60%, podczas gdy polerowanie chemiczne wymagało ciągłego monitorowania w celu zapewnienia bezpieczeństwa i kontroli jakości.

4. Dyskusja

4.1 Interpretacja mechanistyczna

Wyższa jednolitość w polerowaniu robotycznym jest przypisywana precyzyjnej kontroli ścieżki narzędzia i stałej sile kontaktu. Jednolitość polerowania chemicznego zależy od geometrii, ograniczona przez zróżnicowane narażenie na działanie kwasu w zagłębionych obszarach.

4.2 Ograniczenia

• Konfiguracja robotyczna wymaga wyższych początkowych nakładów inwestycyjnych i konserwacji.

• Polerowanie chemiczne stwarza wyzwania związane z zarządzaniem środowiskowym i bezpieczeństwem.

4.3 Implikacje praktyczne

W przypadku produkcji biżuterii o dużej skali i skomplikowanych wzorach, polerowanie robotyczne optymalizuje zarówno jakość powierzchni, jak i wydajność pracy. Polerowanie chemiczne pozostaje odpowiednie dla prostszych partii o niskiej objętości z ograniczeniami kosztowymi.

5. Wniosek

Polerowanie robotyczne zapewnia doskonałą jednolitość powierzchni i niższe koszty pracy na sztukę, co czyni je odpowiednim do złożonego, wielkoseryjnego wykańczania biżuterii. Polerowanie chemiczne jest odpowiednie dla prostych geometrii, ale wiąże się z wyższym monitoringiem pracy i kosztami bezpieczeństwa. Przyszłe badania mogą zbadać podejścia hybrydowe łączące polerowanie wstępne robotyczne z wykańczaniem chemicznym w celu optymalizacji wydajności i estetyki powierzchni.