ADI铸件在机器人设备中的应用：关节、减速器与结构件怎么选？

对于机器人设备而言，ADI并不是所有零部件的通用材料，而是更适合评估部分承受载荷、摩擦和循环应力的传动及结构部件。本文从机器人实际工况出发，分析ADI铸件可以应用在哪些部位，以及材料选型时需要关注哪些因素。

  01     为什么机器人设备会关注ADI铸件？

工业机器人在工作过程中需要不断进行旋转、摆动和定位，部分关键零部件会长期承受交变载荷和接触应力。所以机器人铸件的材料选择需要综合考虑强度、疲劳性能、耐磨性、减振性能、铸造性能以及后续加工要求。

公开研究也显示，ADI具有强度、韧性、疲劳性能和耐磨性能相结合的特点，因此被研究用于齿轮等承受循环载荷的机械零件。

按力学性能，ASTM A897/A897M将ADI材料划分为多个牌号，抗拉强度覆盖约850MPa至1600MPa，牌号越高强度越大，延伸率相应降低，如下图所示。需要说明的是，ADI并非单一性能等级，实际选型应根据零件工况对照具体牌号的力学性能要求，而非笼统地以“ADI”作为单一指标。

  02     ADI铸件可以应用于机器人哪些部件？

▸ 1. 机器人传动部件

机器人运动依赖电机、减速机构和传动部件协同工作，其中齿轮等零件长期承受啮合载荷和循环应力。

已有研究直接针对ADI齿轮开展弯曲疲劳和接触疲劳试验，也有研究将ADI用于自动化设备小型行星齿轮箱壳体，结果表明通过ADI获得的复杂齿形结构可以兼顾制造和性能要求。

对于机器人传动系统中的部分齿轮、齿轮箱结构件及其他承载零部件，ADI可以作为材料选型时的候选方案。但具体采用哪种材料，仍需要结合载荷、转速、齿面接触应力和制造工艺进行验证。

▸ 2. 机器人关节及承载结构

机器人关节连接多个运动单元，需要承受机械臂运动过程中产生的载荷和冲击。

对于部分结构复杂、同时需要一定强度和耐磨性能的机器人零件，可以评估球墨铸铁及ADI材料方案。不过，目前公开资料对“ADI作为机器人关节本体材料”的直接案例并不像ADI齿轮研究那样充分，因此不宜将其表述为机器人关节的普遍材料。

更合理的工程思路是：先根据零件载荷、结构和加工要求确定材料等级，再通过样件试验验证材料是否满足实际工况。

▸ 3. 机器人底座及支撑部件

机器人底座和支撑结构主要承担机械臂运动产生的载荷，同时还需要考虑设备运行过程中的振动。

铸铁材料具有较好的铸造成形能力，适合制造部分结构复杂的设备零件。但如果主要需求是减振，灰铸铁与ADI的选择逻辑并不相同；如果零件更关注强度、耐磨性和循环载荷，则可以进一步评估球墨铸铁或ADI方案。因此，ADI并不是机器人底座的固定材料选择，而是一种需要结合具体工况进行评估的高性能铸铁材料。

“ADI齿轮已有较充分的疲劳与磨损研究基础，但“ADI用于机器人关节本体”目前更多是候选方案，而非有充分公开案例支持的通用做法。”

  03     ADI铸件在机器人设备中的性能特点

▸ 强度与承载能力

ASTM A897/A897M建立了ADI铸件的力学性能要求体系，不同ADI等级对应不同的强度、延伸率、冲击性能和硬度要求。也就是说，ADI并不是一个单一性能等级，而是可以根据零件需求进行材料等级选择。

▸ 耐磨性能

机器人传动机构中的齿轮和其他接触部件存在摩擦和接触应力。相关研究对ADI齿轮的磨损、点蚀和微点蚀进行了实验研究，说明ADI具有作为齿轮材料进行工程设计和性能验证的研究基础。

▸ 疲劳性能

机器人设备长期重复运动，因此疲劳性能是材料选择的重要指标。研究表明，ADI的疲劳性能与其奥贝体组织、热处理参数以及零件表面状态有关，不能仅凭材料名称判断最终疲劳性能。这也意味着实际生产中，铸件质量、热处理过程、表面状态和零件设计都会影响最终使用性能。

  04     ADI铸件与普通球墨铸铁怎么选择？

ADI与普通球墨铸铁的主要区别在于后续等温淬火热处理及由此形成的组织和性能。

普通球墨铸铁质量可参照GB/T 1348《球墨铸铁件》执行

◆  重要提示

ADI并不意味着在所有指标上都优于普通球墨铸铁，也不意味着适合所有机器人零件。实际选材应根据载荷、转速、接触应力、结构尺寸、加工精度和成本进行综合判断。

  05     如何选择机器人ADI铸件供应商？

机器人铸件涉及材料、铸造、热处理和机加工多个环节。选择供应商时，建议重点了解其是否具备球墨铸铁生产、等温淬火、金相检测、力学性能检测以及后续加工能力。

尤其是ADI铸件，不能只检测最终硬度，还应根据产品技术要求关注材料组织和力学性能。ASTM A897/A897M本身就将组织、抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击能和布氏硬度纳入要求范围。

凯仕铁专注于工业铸件、铸铁件及定制化铸造解决方案，产品广泛应用于机床、汽车、电梯、农机、动力设备及高端装备制造领域。针对不同产品结构和性能要求，可结合树脂砂、覆膜砂等工艺进行铸件开发，为机器人及高端装备制造企业提供相应的铸件解决方案。

  06     结语

机器人设备对零部件的强度、耐磨性和疲劳性能提出了不同要求。现有公开研究已经对ADI齿轮、自动化设备齿轮箱等应用进行了性能测试，为ADI在机器人及自动化装备传动领域的应用评估提供了参考。但对于机器人关节、底座等具体零件，是否采用ADI仍需要结合实际工况进行工程验证。

对于机器人制造企业而言，更合理的材料选择方式是从以下五个环节综合判断，而不是单纯追求某一种材料：

  07     常见问题 FAQ

Q  ADI铸件可以用于机器人关节吗？

A  ADI铸件具备较高强度、耐磨性和疲劳性能，可作为部分机器人关节承载件的候选材料。但公开资料对机器人关节的直接应用案例有限，实际使用需结合载荷、结构和疲劳试验验证。

Q  ADI铸件适合机器人减速器吗？

A  ADI具有用于齿轮和齿轮箱部件的研究基础，已有研究针对ADI小型行星齿轮箱及齿轮开展弯曲、接触疲劳测试。具体用于机器人减速器仍需根据齿面应力、精度和寿命要求验证。

Q  机器人铸件为什么选择球墨铸铁？

A  球墨铸铁具有良好的铸造成形能力，并可通过不同基体组织获得不同机械性能。对于机器人承载结构和复杂铸件，可根据强度、减振、耐磨及成本要求选择普通球铁或ADI等材料。

Q  ADI铸件和普通球墨铸铁有什么区别？

A  ADI是在球墨铸铁基础上增加等温淬火处理，通过形成奥贝体组织获得不同于普通球墨铸铁的性能组合。ASTM A897/A897M对ADI的组织及力学性能进行了专门规定。

Q  如何选择机器人铸件供应商？

A  建议重点考察供应商的铸造工艺、ADI等温淬火能力、金相及力学性能检测能力，以及模具、机加工和质量控制能力。对于机器人零件，还应要求供应商根据实际工况进行材料和工艺验证。

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