劉冉冉

（山東凱文科技職業(yè)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250200）

鋁活塞中高壓鑄造用鹽芯自動(dòng)化生產(chǎn)線的研制

劉冉冉

（山東凱文科技職業(yè)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250200）

具有內(nèi)冷油腔的鋁活塞是高端汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件，活塞內(nèi)冷油腔是活塞鑄造時(shí)預(yù)置鹽芯形成的。本項(xiàng)目主要針對(duì)鹽芯生產(chǎn)企業(yè)的單機(jī)、手工送料、手工壓制、手工涂抹及手工取環(huán)這種制約高效率生產(chǎn)鹽芯的瓶頸問(wèn)題，研制鹽芯自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了鹽芯的自動(dòng)化生產(chǎn)。鹽芯自動(dòng)化生產(chǎn)線是一項(xiàng)上料速度快、抓取時(shí)間短、減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率的先進(jìn)技術(shù)。

活塞；鹽芯；自動(dòng)化生產(chǎn)線；

活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件之一，隨著汽車功率及速度的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)及活塞要具備很好的的散熱性能。為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)及活塞使用要求,必須顯著排除高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和高負(fù)荷柴油機(jī)的燃燒過(guò)程所產(chǎn)生的熱量。為此，工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)出具有整體內(nèi)冷油腔的活塞，實(shí)現(xiàn)了對(duì)活塞強(qiáng)制冷卻,提高了活塞的降溫散熱能力，滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求。具有整體內(nèi)冷油腔的活塞是在活塞頭部設(shè)計(jì)了內(nèi)冷油腔。內(nèi)冷油腔的形成采用水溶性鹽芯法。將鹽芯安放到活塞模具上，以其作為油腔的型芯，在鋁活塞鑄造過(guò)程中用鹽芯成型內(nèi)冷卻油道。鹽芯是以水溶性鹽為基體制作的，其遇水溶解便于脫芯。之后，在澆鑄好的鋁活塞的桶壁上沿軸向鉆出進(jìn)油孔和出油孔，用高壓水將鹽芯沖出,最后形成與鹽芯形狀相同的冷卻油腔(如圖1)。

圖1 鹽芯在活塞內(nèi)被沖出來(lái)后形成內(nèi)冷空腔

鹽芯鋁活塞，即在鋁活塞鑄造過(guò)程中用鹽芯形成其內(nèi)冷卻油道的活塞。因內(nèi)冷卻油道內(nèi)腔較大、油道出口小且數(shù)量少,故一般選用易脫芯的水溶性鹽芯。水溶性鹽芯（以下簡(jiǎn)稱鹽芯）是指以水溶性鹽為基體制作的鹽芯，其特點(diǎn)是遇水溶解,與其它類型的鹽芯相比,主要優(yōu)點(diǎn)在于脫芯方便?；诖?，鹽芯有了一個(gè)穩(wěn)定且巨大的需求市場(chǎng)，以致于出現(xiàn)鹽芯生產(chǎn)企業(yè)供不應(yīng)求的現(xiàn)象。針對(duì)鹽芯生產(chǎn)企業(yè)的單機(jī)、手工涂抹脫模劑、手工取鹽芯等原始落后的制約高效率生產(chǎn)型芯的現(xiàn)狀，提出了研制鹽芯自動(dòng)化生產(chǎn)線的方案，以實(shí)現(xiàn)鹽芯的高效、自動(dòng)化生產(chǎn)。

1 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外情況

據(jù)科技查新報(bào)告相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：國(guó)內(nèi)未見(jiàn)采用由上料機(jī)械手、鹽芯取放機(jī)械手、自動(dòng)補(bǔ)料機(jī)械手、鹽芯傳送機(jī)構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)組成的6臺(tái)壓力機(jī)聯(lián)合研發(fā)鹽芯生產(chǎn)自動(dòng)化生產(chǎn)線的文獻(xiàn)報(bào)道。根據(jù)課題組對(duì)國(guó)內(nèi)鹽芯生產(chǎn)基地——山東濱州生產(chǎn)情況調(diào)查顯示，目前鹽芯生產(chǎn)過(guò)程均采用手工加工，效率低，遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求。

根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)及對(duì)相關(guān)企業(yè)調(diào)查，目前日本有單機(jī)鹽芯自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，尚未實(shí)現(xiàn)鹽芯自動(dòng)化生產(chǎn)線的流水線作業(yè)。為此，課題組根據(jù)企業(yè)需求，針對(duì)鹽芯生產(chǎn)企業(yè)的單機(jī)、手工送料、手工壓制、手工涂抹及手工取環(huán)等缺陷，對(duì)鹽芯生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行充分調(diào)研，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，提出了鹽芯自動(dòng)化生產(chǎn)線研制方案，設(shè)計(jì)了鹽芯自動(dòng)化生產(chǎn)線。

2 鹽芯自動(dòng)化生產(chǎn)線原理及功能

鹽芯自動(dòng)化生產(chǎn)線主要包含6臺(tái)壓力機(jī)，每臺(tái)壓力機(jī)配備一套壓力機(jī)下模槽內(nèi)涂抹機(jī)械手、壓頭端面涂抹機(jī)械手、送料機(jī)械手、取放機(jī)械手、傳送裝置及數(shù)控系統(tǒng)。整個(gè)生產(chǎn)線采用PLC控制，且根據(jù)生產(chǎn)流程要求設(shè)置了取放機(jī)械手與鹽環(huán)壓力機(jī)上下模研制缸之間的互鎖，確保了機(jī)械手、壓力機(jī)正常工作的安全可靠性。該生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了鹽芯的自動(dòng)化生產(chǎn)節(jié)大大提高生產(chǎn)效率。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，可極大地提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。壓頭端面涂抹機(jī)械手主要由塑形擠壓滾軸、涂抹劑儲(chǔ)料倉(cāng)、直線氣缸等組成，如圖2所示。

壓力機(jī)下槽內(nèi)涂抹機(jī)械手主要由涂抹劑儲(chǔ)料倉(cāng)、涂抹針頭和針頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（同步帶輪帶動(dòng)）、直線氣缸、電磁氣閥等組成，如圖3所示。

鹽環(huán)自動(dòng)化生產(chǎn)線采用PLC控制，其送料機(jī)械手、取環(huán)機(jī)械手與壓力機(jī)上下模壓制缸之間設(shè)置互鎖，確保了機(jī)械手與壓力機(jī)工作時(shí)互不干擾、安全可靠。取環(huán)機(jī)械手主要由直線氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸、機(jī)械夾、PLC控制器等組成，如圖4所示。

圖2 壓頭端面涂抹機(jī)械手示意圖

根據(jù)鹽芯人工生產(chǎn)過(guò)程，研制的鹽芯自動(dòng)化生產(chǎn)線其工作過(guò)程如下：第一步：壓力機(jī)下槽內(nèi)涂抹機(jī)械手和壓頭端面涂抹機(jī)械手同時(shí)起動(dòng)，壓力機(jī)下槽內(nèi)涂抹機(jī)械手的6個(gè)涂抹針頭進(jìn)入槽內(nèi)，在同步帶輪的傳動(dòng)下涂抹針頭順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，完成圓周的涂抹操作。同時(shí)壓頭端面涂抹機(jī)械手的塑形擠壓滾軸在直線氣缸的推動(dòng)下將涂抹劑均勻的涂抹在壓力機(jī)壓注時(shí)的上表面。第二步：涂抹完成之后，壓力機(jī)往下運(yùn)動(dòng)壓注出型芯。第三步：型芯壓注完之后，壓力機(jī)下模模芯向上運(yùn)動(dòng)將型芯頂出，這時(shí)取放機(jī)械手啟動(dòng)，將壓制好的型芯取出放置在傳送帶上。

研制的鹽芯自動(dòng)化生產(chǎn)線正常工作時(shí)，鹽芯生產(chǎn)節(jié)拍小于或等于8秒，提高生產(chǎn)效率18倍。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間，減少了員工的資源浪費(fèi)，提高了生產(chǎn)效率，極大地提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。于2015年11月完成了鹽芯的上料機(jī)械手、模芯取放機(jī)械手等研制，并已在濱州正道機(jī)械制造有限公司應(yīng)用。

3 技術(shù)性能指標(biāo)

鹽芯自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要技術(shù)指標(biāo)：

壓力機(jī)額定壓力：100噸

涂抹時(shí)間：2s

圖3 下模槽內(nèi)涂抹機(jī)械手示意圖

圖4 取放機(jī)械手示意圖

壓制時(shí)間：4s

取環(huán)時(shí)間：2s

主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：型芯生產(chǎn)節(jié)拍小于或等于10秒，與目前單臺(tái)、單件手工生產(chǎn)大大提高生產(chǎn)效率。

4 研究意義

“鹽環(huán)自動(dòng)化生產(chǎn)線”是一項(xiàng)全自動(dòng)化裝置，徹底改變鹽芯單機(jī)生產(chǎn)、單人手工加工、效率低、成品率低等不能滿足市場(chǎng)需求的現(xiàn)狀；實(shí)現(xiàn)了脫模劑涂抹均勻、型芯取放時(shí)間短、減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度，填補(bǔ)了型芯自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的國(guó)內(nèi)空白；該技術(shù)可以推廣應(yīng)用到全國(guó)各地圓環(huán)型芯生產(chǎn)廠家。

[1]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，2007:7～130.

[2]朱照紅.機(jī)電控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2010,10,1.

[3]成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四版第3卷.化學(xué)工業(yè)出版社，2010,01.

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1671-0711（2016）11（上）-0111-02