李明，吳向軍，張東陽(yáng)

（1.中國(guó)汽車(chē)工業(yè)工程有限公司，天津 300113；2.中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北秦皇島 066205）

全自動(dòng)殼型鑄造生產(chǎn)線(xiàn)

李明1，吳向軍2，張東陽(yáng)1

（1.中國(guó)汽車(chē)工業(yè)工程有限公司，天津 300113；2.中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北秦皇島 066205）

闡述了殼型鑄造裝備的升級(jí)方案，并為實(shí)現(xiàn)殼型鑄造自動(dòng)化、無(wú)人化生產(chǎn)提出了具體措施。全自動(dòng)殼模鑄造生產(chǎn)線(xiàn)由制殼機(jī)及機(jī)器人合模系統(tǒng)、存儲(chǔ)立體庫(kù)及輸送系統(tǒng)、自動(dòng)下殼機(jī)、造型及鐵丸冷卻系統(tǒng)、自動(dòng)取鑄件機(jī)械手及相關(guān)輔助設(shè)施組成，生產(chǎn)效率150件/h，工藝流程均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。

殼型鑄造；生產(chǎn)線(xiàn)；自動(dòng)化

0 前言

隨著社會(huì)人力成本的提高，和對(duì)鑄造產(chǎn)品的嚴(yán)格控制，鑄造企業(yè)越來(lái)越關(guān)注鑄造裝備的自動(dòng)化程度。自動(dòng)化，智能化是鑄造裝備發(fā)展的趨勢(shì)，也是建立鑄造數(shù)字化工廠的前提和基礎(chǔ)。作為鑄造裝備供給側(cè)的工作者，我們對(duì)殼型鑄造裝備就自動(dòng)化、無(wú)人化生產(chǎn)方向進(jìn)行研究和實(shí)踐。

1 殼型鑄造裝備現(xiàn)狀

殼型鑄造獲得的鑄件輪廓清晰，表面光潔，尺寸精確，使得殼模鑄造成為鑄造工藝的一大特色版塊。目前，殼型鑄造工藝單機(jī)設(shè)備日趨完善，例如制殼機(jī)、合模工作臺(tái)、造型及鐵丸冷卻系統(tǒng)等，但由于物流轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性，導(dǎo)致各工藝設(shè)備相對(duì)孤立，未能實(shí)現(xiàn)裝備自動(dòng)化。其人工參與的工藝環(huán)節(jié)具體表現(xiàn)在：

(1)在模片制作階段，需要人工搬運(yùn)模片下件，并檢查形狀輪廓。

(2)在殼模合型階段，需要人工涂膠、搬運(yùn)和合型。

(3)在殼模存儲(chǔ)階段，采用積放輸送或地?cái)偡胖梅绞?，需要人工搬運(yùn)殼模。

(4)在殼模下芯階段，需要人工搬運(yùn)并精確放置殼模。

(5)在落砂階段，需要人工操作機(jī)器取、放鑄件。

2 總體方案和具體措施

殼模鑄造生產(chǎn)線(xiàn)范圍分為制殼區(qū)域、存儲(chǔ)區(qū)域、造型區(qū)域和落砂區(qū)域，平面布置圖見(jiàn)圖1。針對(duì)不同區(qū)域人為參與的工藝環(huán)節(jié)，我們進(jìn)行了重新布局，并設(shè)置合理的物流設(shè)備銜接工藝單機(jī)設(shè)備，來(lái)實(shí)現(xiàn)殼型鑄造生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化、無(wú)人化。具體措施如下：

(1)制殼區(qū)域采用視頻識(shí)別，自動(dòng)進(jìn)行殼模形狀輪廓檢查；利用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行涂膠、搬運(yùn)、合型等工作。

(2)存儲(chǔ)區(qū)域采用立體庫(kù)調(diào)節(jié)殼模的供需關(guān)系，并利用堆垛機(jī)和輥道配合進(jìn)行輸送、調(diào)度殼模。

(3)造型區(qū)域殼模下芯處，設(shè)置自動(dòng)下殼機(jī)來(lái)定位、搬運(yùn)殼模并精確放置在砂箱合適位置。

(4)落砂區(qū)域設(shè)置自動(dòng)取鑄件機(jī)械手作為殼型鑄造生產(chǎn)線(xiàn)與鑄件后續(xù)處理的物流接入口。

3 全自動(dòng)殼型鑄造生產(chǎn)線(xiàn)組成及其物流轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)

全自動(dòng)殼模鑄造生產(chǎn)線(xiàn)由制殼機(jī)及機(jī)器人合模系統(tǒng)、存儲(chǔ)立體庫(kù)及輸送系統(tǒng)、自動(dòng)下殼機(jī)、造型及鐵丸冷卻系統(tǒng)、自動(dòng)取鑄件機(jī)械手及相關(guān)輔助設(shè)施組成。

圖1 全自動(dòng)殼模鑄造生產(chǎn)線(xiàn)平面布置圖

3.1 制殼機(jī)及機(jī)器人合模系統(tǒng)

制殼區(qū)域溫度較高，并伴有刺激性氣味，現(xiàn)場(chǎng)工人勞動(dòng)環(huán)境惡劣。引入視頻識(shí)別和工業(yè)機(jī)器人后，將解放該區(qū)域的生產(chǎn)工人，提高裝備的自動(dòng)化程度，同時(shí)也提高了制殼效率。

制殼機(jī)及機(jī)器人合模系統(tǒng)位于制殼區(qū)域，主要由工業(yè)機(jī)器人、制殼機(jī)、合模工作臺(tái)和視頻識(shí)別裝置等組成，用于制造完整的殼模，見(jiàn)圖2。由制殼機(jī)制造出下模，搬運(yùn)機(jī)器人利用專(zhuān)用夾具夾持模片，取出并旋轉(zhuǎn)翻身放置在檢測(cè)工位；視頻識(shí)別裝置對(duì)其下模形狀輪廓進(jìn)行鑒定，待結(jié)果合格后，搬運(yùn)機(jī)器人移動(dòng)下模放置在合模工作臺(tái)上；隨后涂膠機(jī)器人對(duì)下模凹槽進(jìn)行涂膠，涂膠整齊均勻；同時(shí)制殼機(jī)已生產(chǎn)出上模，并由搬運(yùn)機(jī)器人取出；待上模鑒定檢查合格后，移至合模工作臺(tái)進(jìn)行合型；隨后合模工作臺(tái)將上、下模進(jìn)行壓制，數(shù)秒后，一個(gè)完整的殼模制造完成，并由搬運(yùn)機(jī)器人取出，放置在后續(xù)物流設(shè)備上。

圖2 制殼機(jī)及機(jī)器人合模系統(tǒng)

采用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行殼模搬運(yùn)、涂膠和合型，并配合視頻識(shí)別檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了制殼區(qū)域的自動(dòng)化，其優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)減少了現(xiàn)場(chǎng)工人簡(jiǎn)單重復(fù)的工作，并減輕了工作強(qiáng)度。

(2)防止工人在搬運(yùn)過(guò)程中損壞模片，有利于提高殼模合格率。

(3)提高了殼模形狀檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

(4)機(jī)器人涂膠整齊均勻，質(zhì)量可靠。

(5)殼模合型精度高。

(6)提高了制殼效率。

3.2 存儲(chǔ)立體庫(kù)及輸送系統(tǒng)

由于制殼和造型生產(chǎn)效率不一致，導(dǎo)致需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行殼模的緩存。傳統(tǒng)緩存方式一般采用地?cái)偸椒胖没蛘叻e放輸送，缺點(diǎn)在于占地面積大并且不能保證殼模先進(jìn)先出。引入存儲(chǔ)立體庫(kù)及輸送系統(tǒng)后，利用堆垛機(jī)配合輥道輸送，將大大提高設(shè)備的自動(dòng)化程度，并強(qiáng)化對(duì)殼模的管理。

存儲(chǔ)立體庫(kù)及輸送系統(tǒng)位于存儲(chǔ)區(qū)域，作為中間物流環(huán)節(jié)，主要由立體倉(cāng)庫(kù)、堆垛機(jī)、輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)等組成，用于殼模的緩存和輸送，并匹配制殼和造型的生產(chǎn)效率，見(jiàn)圖3。采用存儲(chǔ)立體庫(kù)及輸送系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)采用立體倉(cāng)庫(kù)，使用更小的占地空間，擁有更大的存儲(chǔ)容量。一般來(lái)說(shuō),自動(dòng)化高架倉(cāng)庫(kù)的空間利用率為普通存儲(chǔ)設(shè)備的5倍，這是相當(dāng)可觀的。

(2)由于傳統(tǒng)殼模自動(dòng)化輸送設(shè)備提供的品種單一，致使造型線(xiàn)只能生產(chǎn)與之相對(duì)應(yīng)的鑄件，靈活度不夠。引入立體倉(cāng)庫(kù)后，允許一條造型線(xiàn)對(duì)應(yīng)數(shù)臺(tái)制殼機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，并且數(shù)臺(tái)制殼機(jī)可以同時(shí)生產(chǎn)相同或不同類(lèi)型的殼模，極大地?cái)U(kuò)展了生產(chǎn)調(diào)度的靈活性。

(3)當(dāng)殼模過(guò)量時(shí)，系統(tǒng)可以吸收多余的殼模，儲(chǔ)存在立體倉(cāng)庫(kù)中；當(dāng)殼模供不應(yīng)求時(shí)，系統(tǒng)取出存貨，補(bǔ)充足量的殼模供往造型系統(tǒng)。殼模存儲(chǔ)立體庫(kù)及輸送系統(tǒng)建立了制殼區(qū)域和造型區(qū)域的物料緩沖地帶，不斷地調(diào)節(jié)殼模數(shù)量，實(shí)現(xiàn)供需平衡。

(4)殼模存儲(chǔ)立體庫(kù)及輸送系統(tǒng)是個(gè)高度機(jī)械自動(dòng)化的系統(tǒng)：堆垛機(jī)存、取貨；輥道自動(dòng)輸送，極大地降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，改善了勞動(dòng)環(huán)境。由于減少了人為環(huán)節(jié)，殼模變形、破損的可能性大大減少，殼模尺寸精度和成品率提高，從而提高了鑄件質(zhì)量。

3.3 自動(dòng)下殼機(jī)

由于殼模長(zhǎng)度方向尺寸大，工人在搬運(yùn)殼模并精確放置到砂箱時(shí)，非常不方便，甚至有時(shí)需要小范圍調(diào)整位置，會(huì)因野蠻操作會(huì)損壞殼模，因此引入自動(dòng)下殼機(jī)，替代工人復(fù)雜的勞動(dòng)，非常有必要，同時(shí)也能提高下殼效率。

自動(dòng)下殼機(jī)位于造型區(qū)域下芯處，每次搬運(yùn)6組殼模，采用全自動(dòng)方式運(yùn)行，主要由出殼輥道、頂升裝置、垂直升降裝置、同步機(jī)械手、水平移動(dòng)裝置、固定機(jī)架等組成；用于搬運(yùn)殼模并精確放置在砂箱內(nèi)部指定位置，見(jiàn)圖4。

出殼輥道輸送滿(mǎn)框殼模過(guò)來(lái)，頂升裝置頂出殼模并定位，同步機(jī)械手張開(kāi)并同時(shí)鉗住6組殼模，在垂直升降裝置的作用下，提升脫離殼模框；隨后水平移動(dòng)裝置將殼模轉(zhuǎn)運(yùn)至造型輸送線(xiàn)砂箱上方；垂直升降裝置平穩(wěn)下降，利用同步機(jī)械手精準(zhǔn)地將殼模放置在砂箱內(nèi)部定位槽。

3.4 造型及鐵丸冷卻系統(tǒng)

造型及鐵丸冷卻系統(tǒng)位于造型區(qū)域，已實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，主要由震動(dòng)造型機(jī)、雨淋加鐵丸裝置、自動(dòng)輸送線(xiàn)、轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)、翻箱機(jī)、三回程冷卻滾筒和振動(dòng)輸送機(jī)等組成；用于均勻布料、震動(dòng)造型、自動(dòng)澆注、通廊冷卻、翻箱落砂、鐵丸冷卻及輸送等工藝環(huán)節(jié)，見(jiàn)圖5。

3.5 自動(dòng)取鑄件機(jī)械手

傳統(tǒng)取鑄件方式采用人工操作機(jī)器來(lái)完成，但落砂區(qū)域環(huán)境惡劣，有大量的粉塵和高溫?zé)煔?，影響工人的健康，因此引入自?dòng)取鑄件機(jī)械手，解放該處操作工人，并提高落砂效率。

自動(dòng)取鑄件機(jī)械手位于落砂區(qū)域，每次取出六組鑄件，采用全自動(dòng)方式運(yùn)行，主要由接箱裝置、翻轉(zhuǎn)裝置、推送裝置、機(jī)械手、垂直升降裝置、水平移動(dòng)裝置、固定機(jī)架等組成；用于翻箱落砂后，鑄件的自動(dòng)抓取，并按順序放置在適當(dāng)位置，見(jiàn)圖6。

圖3 存儲(chǔ)立體庫(kù)及輸送系統(tǒng)

圖4 自動(dòng)下殼機(jī)

圖5 造型及鐵丸冷卻系統(tǒng)

造型系統(tǒng)末端翻箱機(jī)將冷卻完成的鑄件和鐵丸在落砂區(qū)域從砂箱中卸出；滾燙的鐵丸經(jīng)過(guò)格子?xùn)鸥襁M(jìn)入冷卻系統(tǒng)，而炙熱的六組鑄件斜置在接箱裝置的固定單元格中；隨后翻轉(zhuǎn)裝置將鑄件翻轉(zhuǎn)至水平，并被推送裝置移動(dòng)到合適位置；機(jī)械手下降勾住鑄件并使眾多鑄件對(duì)齊；隨后在垂直升降裝置和水平移動(dòng)裝置作用下，機(jī)械手移動(dòng)將其放置在鑄件后處理系統(tǒng)物流輸送機(jī)上。

圖6 自動(dòng)取鑄件機(jī)械手

4 實(shí)施效果及結(jié)語(yǔ)

該殼型鑄造生產(chǎn)線(xiàn)用于生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，效率150件/h，工藝流程均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。目前裝備現(xiàn)已投入使用，并得到業(yè)主認(rèn)可和好評(píng)。

[1] 金永錫.發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸鑄件鑄造工藝 [J].現(xiàn)代鑄鐵，2001（4）：29-34.

[2] 趙瑛、陳劍等.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在砂芯儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用

[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)，2009（2）：46-47.

Automatic shell casting production line

Li Ming1，WU XiangJun2，ZHANG DongYang1
(1.Automotive Engineering Corporation, Tianjin 300113,China; 2.China Railway Shanhaiguan Bridge Group Co.,Ltd.,Qinhuangdao 066205,Hebei,China)

This paper expounds the upgrading scheme for the equipment of Shell Casting and produces the concrete measures to Realization of the automation and unmanned of the Shell Casting.Automatic Shell casting production line is composed of shell making machine and mould assembling system, stereo storehouse and transport system, automatic shell- Handling machine, molding machine and shot iron cooling system, automatic manipulator for taking castings and related facilities. Meanwhile the productivity is 150 pieces per hour, and the process realizes automation.

shell casting ; production line ; automation

TG233；

A；

1006-9658（201 6）04-008 0-04

10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.04.022

2016-03-16

稿件編號(hào): 1601-1292

李明（1982—），男，工程師，主要從事鑄造設(shè)備研究及鑄造車(chē)間設(shè)計(jì)..