（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

關(guān)鍵字：鋁合金；重力鑄造；澆注；機(jī)器人

制動(dòng)器主缸的主要作用是將制動(dòng)踏板產(chǎn)生的機(jī)械力轉(zhuǎn)化成液壓力，液壓系統(tǒng)的主要部件，制動(dòng)器主缸結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 制動(dòng)器主缸結(jié)構(gòu)圖

1 鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝分析

制動(dòng)器主缸鑄件材質(zhì)為ZAlSi7Cu4，國(guó)內(nèi)牌號(hào)為ZL107，ZAlSi7Cu4 合金中各元素的含量分別為:ω（S i）6.5%～7.5%，ω（Cu）3.5%～4.5%，ω（Mg）≤0.1%，ω（Zn）≤0.3%，ω（Mn）≤0.5%，ω（Sn）≤0.05%，ω（Pb）≤0.05%.

該合金吸氣傾向較ZL101 及ZL102 小，具有良好的鑄造性能和氣密性能，鑄造后需要進(jìn)行T6 變質(zhì)處理。產(chǎn)品外形尺寸148 mm×87 mm×52 mm，產(chǎn)品重量為0.54 kg.

鑄件大批量生產(chǎn)，采用金屬型自動(dòng)生產(chǎn)線重力鑄造生產(chǎn)工藝，鑄件不得有縮孔、縮松缺陷，鑄件外形如圖2 所示。

圖2 剎車制動(dòng)器主缸外形圖

該產(chǎn)品無砂芯，采用垂直分型工藝，底部澆注，利用冒口上部進(jìn)行補(bǔ)縮，經(jīng)過初步模擬發(fā)現(xiàn)鑄件中部尺寸較小，不能從底部到上部順序凝固，在中部形成了孤立的液相區(qū)，形成縮孔缺陷，如圖3 所示。因此把內(nèi)澆口移至中部位置，利用內(nèi)澆口的溫度，形成從底部至頂部的順序凝固，澆注系統(tǒng)如圖4 所示。

圖3 初步模擬缺陷圖

圖4 制動(dòng)器主缸澆注系統(tǒng)

模具尺寸600 mm×320 mm×200 mm，一模四件，F(xiàn)直:F橫:F內(nèi)=1:2.9:4，面積分別為78.5mm2、226mm2、314 mm2.

2 充型凝固分析

采用專業(yè)鑄造工藝仿真軟件NOVACAST 對(duì)制動(dòng)器主缸澆注系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析，合金材質(zhì)為ZAl-Si7Cu4，液相線溫度為601 ℃，固相線溫度為505 ℃，澆注溫度720 ℃，模具初始溫度為30 ℃，鑄件澆注重量為5.2 kg.

制動(dòng)器主缸充型過程的溫度場(chǎng)模擬見圖5，可以看出金屬液充型過程中流動(dòng)平穩(wěn)，溫度分布均勻。

鑄件從6 s 后開始逐步凝固，澆口設(shè)置于鑄件中部，使得臨近區(qū)域溫度較高，起到了一個(gè)橋接作用，有利于鑄件從底部到冒口位置的順序凝固過程，最后凝固區(qū)域?yàn)槊翱诩皾驳牢恢?，如圖6 所示。

3 缺陷判斷

利用軟件自帶的縮孔、縮松預(yù)測(cè)功能，對(duì)鑄件凝固后的縮孔、縮松缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)，見圖7、圖8、圖9 所示，可以看出，冒口及澆道部位為最后凝固部分，可能出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷，而鑄件為密實(shí)的實(shí)體。

4 工藝布局

4.1 生產(chǎn)特點(diǎn)

圖5 充型過程中溫度模擬（t 為時(shí)間，f 為充型體積百分比）

圖6 凝固過程中模擬

圖7 縮孔預(yù)測(cè)

圖8 縮松預(yù)測(cè)

圖9 剖切狀態(tài)的縮松預(yù)測(cè)

制動(dòng)器主缸種類單一，質(zhì)量較輕，生產(chǎn)批量大，適宜采用自動(dòng)化生產(chǎn)線提高勞動(dòng)效率。

傳統(tǒng)的澆注工部需要靠人工輔助作業(yè)，工作環(huán)境差，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，本次設(shè)計(jì)采用自動(dòng)生產(chǎn)線，澆注機(jī)械手及取件機(jī)器人取代操作人員。

4.2 設(shè)備選型及工藝布局

鑄件年生產(chǎn)綱領(lǐng)為180 萬件，全年300 天，三班制生產(chǎn)，設(shè)備年時(shí)基數(shù)為6 400 h.

工藝流程如圖10 所示。

圖10 生產(chǎn)工藝流程

選擇旋轉(zhuǎn)平臺(tái)式重力澆鑄單元，澆鑄單元分為六個(gè)工位，包括一個(gè)澆注工位，三個(gè)冷卻工位，一個(gè)取件工位，一個(gè)合模工位，每40 s 旋轉(zhuǎn)一個(gè)工位。鑄件凝固完成時(shí)間約25 s，每小時(shí)90 型。每小時(shí)鋁水需求量為5.2×90=468 kg，選擇600 kg 的保溫爐，設(shè)備負(fù)荷率78%，全年生產(chǎn)能力為90×6 400×4=230.4 萬件，選擇一臺(tái)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)式重力澆鑄單元，設(shè)備負(fù)荷率180/230=78%，取件機(jī)器人選用ABB IRB2600 型，有效載荷12 kg，臂長(zhǎng)1.85 m，取件機(jī)器人取出鑄件后放入冷卻輥道進(jìn)行冷卻。

工藝沿車間長(zhǎng)度方向布局，左側(cè)為熔煉工部，右側(cè)為冷卻清理工部，如圖11 所示。

圖11 工藝布局圖

5 生產(chǎn)過程

雖然在澆注環(huán)節(jié)取消了人員操作，但是澆注機(jī)冷卻過程中產(chǎn)生的煙氣需要處理，在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)式重力澆鑄單元上方設(shè)置固定式抽風(fēng)罩對(duì)澆注、冷卻、取件工位抽風(fēng)處理，合模工位上方不設(shè)置抽風(fēng)罩，主要滿足利用行車更換模具的需要。

澆注工部為連續(xù)生產(chǎn)線，鑄件的冷卻需要較長(zhǎng)的時(shí)間，一種方式是通過增加冷卻輥道長(zhǎng)度，另外一種為在冷卻輥道上方增加抽風(fēng)裝置，加快鑄件熱量散失，達(dá)到縮短冷卻時(shí)間的目的。

在生產(chǎn)過程中可根據(jù)實(shí)際情況，在取件機(jī)器人與冷卻輥道之間增加一套鑄件表面缺陷機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)，可快速檢測(cè)鑄件缺陷及統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)量，避免不合格產(chǎn)品流入下一個(gè)環(huán)節(jié)。

6 結(jié)論

利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)剎車制動(dòng)主缸鑄件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，確定合理的澆注系統(tǒng)及工藝參數(shù)。剎車制動(dòng)主缸鑄件澆注工部采用自動(dòng)化生產(chǎn)線，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。剎車制動(dòng)主缸鑄件澆注工部在做到減人增效的同時(shí)也需做好澆注煙氣的治理。