工业机器人在轻合金重力铸造自动化中的应用。

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铸造是获得机械产品毛坯的主要方法之一,也是装备制造业的基础产业。近年来,随着主机行业在多个领域的发展,对铸件质量的要求越来越高,人工成本、安全环保的压力也越来越大。实施质量品牌和创新驱动战略,提高铸件质量的稳定性和认同感,是铸造行业产品发展的必然要求。推动两业融合,实现关键工序智能化、关键岗位机器人替代、铸造生产过程智能优化控制,是铸造行业发展的必然趋势。采用先进适用的铸造新技术,提高铸造设备的自动化程度,特别是工业机器人自动化技术的应用,是铸造企业实施可持续发展的关键措施。

工业机器人在轻合金铸造行业的发展现状。

工业机器人是现代制造业中重要的自动化设备,集机械、电子、控制、计算机、传感器和人工智能等多种先进技术于一体。自1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展迅速,已成为柔性制造系统、自动化工厂和计算机集成制造系统的自动化工具。工业机器人在越来越多的领域得到了应用。在制造业,尤其是汽车行业,工业机器人得到了广泛的应用。比如在焊接、表面喷涂、装卸、装配等作业中,机器人已经取代了人工作业。

众所周知,降低能源消耗,减少环境污染,节约地球有限的资源,是人们非常重要和紧迫的任务。在汽车、3C等轻量化产品大趋势的推动下,传统钢材逐渐向铝合金、镁合金或锌合金形成的轻合金材料转型升级,特别是铝合金,密度低但强度高,接近或超过优质钢材,塑性好,可加工成各种导电、导热、耐腐蚀性能优异的型材。铝合金可以通过热处理获得良好的机械性能、物理性能和耐腐蚀性。然而,传统的铝合金铸造也是在恶劣的环境中进行的,伴随着高温、粉尘、噪音和废气等环境问题。自2000年初以来,机器人逐渐应用于铝合金压铸领域,现已发展成为压铸柔性加工单元。整个压铸过程采用机器人实现喷涂、送汤、取件。传统压铸的特点是生产效率高,铸件尺寸精度高。

然而,随着形成新型高强度、高韧性、超薄壁合金材料的要求,常规压铸生产的零件无法通过热处理得到改善的缺点也凸显出来。而轻合金重力铸造可以根据产品成型的需要实现多种浇注工艺,并可以通过热处理强化合金材料,提高产品性能,是目前逐渐普及轻合金材料成型的途径之一。而且这种方式设备布局简单灵活,投资相对较低。目前,国内轻合金重力铸造企业大多还处于全人工操作阶段,但国外一些企业已经形成了使用工业机器人代替落芯、清模、浇注、取件、抛光等人工操作。

工业集成技术在轻合金重力铸造自动化生产中的应用。

轻合金重力铸造的传统生产方式是人工降芯-铸造机合模-人工浇包铝液浇注-铸造机翻面产品凝固-人工开模顶出-人工取件-人工码标-自然冷却-人工清理-运输检验。基本上整个过程都是以人工操作为主,对人的依赖性很高。由于操作人员的频繁周转和操作人员体力的限制,铸造工艺稳定性差,铸件产品质量时有波动。

AVIC特种飞行研究所下属的湖北航特装备制造有限公司是一家专业从事铝合金重力倾斜铸造的高新技术企业。凭借丰富的铸造经验和国内铸造设备的领先技术,2014年开始深度开发机器人重力铸造自动化生产线。目前已开发实施单轨机器人自动化生产线、双轨机器人重力铸造、高架天轨机器人铸造自动化生产线。其中,单轨机器人和双轨机器人的自动重力铸造生产线主要针对不同品类和节奏要求的产品,可以灵活安排和调整生产线。高架轨道机器人铸造生产线是一条集铸造全过程于一体的自动化生产,适合大批量生产。

1.单轨机器人自动浇注生产线。

图1单轨机器人铸造自动化生产线。

它由浇注机器人和轨道系统组成,浇注机分布在轨道两侧。浇注机器人接收到连铸机的浇注信号后,从熔炼炉中舀取一定量的铝液,然后通过轨道移动到连铸机,从而实现自动浇注过程(如图1所示)。

2.双轨机器人重力铸造自动化生产线

图2双轨机器人自动浇铸线。

这条生产线类似于布局1,由两个铸造机器人和两个轨道系统组成。铸造机分布在轨道两侧,一侧铸造机由一台铸造机器人负责。浇注机器人接收铸造机的浇注指令,从熔炼炉中取出一定量的熔融铝,然后通过轨道移动到铸造机进行自动浇注。由于两个机器人共用一个熔炉,它们之间会有信号集成(如图2所示)。

3.高架天轨机器人重力铸造自动化生产线。

图3高架天轨机器人自动浇铸线。

图4铸造后处理自动线。

生产方式为手动下芯-铸造机合模-机器人浇注铝液钢包-铸造机翻转产品凝固-自动开模顶出-机器人取料-机器人抓取工件进行编码-机器人摆放输送带进行冷却-机器人抓取工件清洗-机器人抓取工件摆放输送带-机器人抓取工件进行x光检查。

 

 
该生产线由一套七轴浇注机器人、一套七轴采摘机器人、一套六轴清洗机器人、一套龙门高架轨道系统、四个大摆幅伺服电机齿轮驱动倾摆脚轮、一条冷却输送带、一条转移输送带和一个清洗柔性研磨台组成。采摘机器人安装在高架龙门架的上端,浇注机器人安装在高架龙门架的下端,方便清扫和节约地面。铸造过程的自动化按照以下步骤实现:

 

A.操作人员手动完成模具的气动清洗和降芯后,按下铸造机电控柜面板上的“工作”按钮,浇注机器人根据工艺设定的剂量参数,从熔炼炉中准确抽取相应的铝水,输送并完成发出信号的相应模具的自动浇注。浇注完成后,浇注机器人向浇注的铸造机发出浇注成功指令,返回钢包清洗站进行钢包清洗,然后返回炉口顶部保温备用,为下一次浇注作业做准备。机器人浇注可以实现浇注机器人与重力倾翻铸造机之间的同步运动,机器人引导铝液浇包,从而可以获得准确的浇注位置。

b、铸造机收到浇注成功指令后,在2秒内开始自动翻转90度,完成铝水充型,铸件达到冷却凝固时间后,铸造机旋转并依次开模,同时向取件机器人发送取件请求。

c、取出机器人将铸件从模具中取出,输送、编码并放置在冷却传送带上。

D.铸件由取件机器人放置在传送带上,由传送带冷却。传送带末端的机器人取零件,将铸件放入摇砂器中,等待摇砂完成,取零件,放入锯刺清洗机中切割清洗。

E.取货机器人放入传送带,检验机器人对转移的零件进行检验和x射线探伤,检验机器人取出不合格零件,放入不合格产品区。从传送带上转移的合格产品由捡拾机器人放置在热处理区域。

在一流的硬件和设备集成的基础上,生产车间还集成了先进的制造管理系统(MES)。通过物联网、互联网、工业自动化等信息技术。,实现车间人、机、料、法系统的全方位融合,实现铸造生产的智能化运作。

工业集成系统技术的发展可以降低投资和运营成本,提高产品质量一致性,增加生产率,提高员工工作质量,增强制造灵活性,减少原材料浪费,提高产量并满足安全法规,改善健康和安全条件,减少员工流动并缓解招聘压力。随着工业化和信息化的发展,智能制造是工业技术和信息技术的高度融合,从根本上改变了企业的制造模式。在工业化和信息化融合的背景下,只有提高铸造行业的自动化水平,加强工业机器人在铸造行业的深度应用,加快信息技术与传统铸造行业的深度融合,才能提升铸造企业的竞争力。

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