自动化压铸单元浅析

• 发表时间：2016-07-28 17:44:55    　点击次数：

对于铸件生产厂来说，主要问题就是在保证铸件质量的 同时，如何来提高生产线开动率、缩短生产节拍、合理优化生产线布置；同时还面临增加新的生产线以及老生产线改造的问题。下面结合实践，简要分析了发动机缸体自动化的压铸单元，期望提供借鉴。
1 自动化压铸单元的平面布置
缸体压铸单元平面布置图见图1。

现代自动化的缸体压铸单元都是以压铸机为核心，通过工业控制计算机来对压铸机本身以及周边设备进行控制，以机器人为桥梁，把压铸机与周边设备通过程序设计完成各个工艺流程。图1就是意大利的25000kN的缸体压铸自动化单元。
2 工艺流程、生产节拍、开动率分析
一个比较完整的自动化压铸单元包了1压铸机、2机器人、3模具、4喷涂装置、5自动浇注装置、6真空装置、7高压冷却水装置、8完整检查装 置、9去浇道装置、10中间定位装置、11冷却装置、12切边机、13缸套输送带、14缸套加热装置以及15产品输送带。在工艺流程中，左边为压铸机的动 作流程，右边为机器人的动作流程。产品从压铸机中取出与缸套插入是机器人与压铸机相互配合的关键工序。要使一个压铸单元能够顺利、连续、快节拍的进行生 产，就必须仔细分析每一个流程实现的功能和节拍，在弄清楚每一个循环动作节拍时间的情况下，优化动作顺序，从而获得较短的生产节拍。从实际应用来看，优化 产品取出到缸套插入再到下次产品取出的各个工艺流程，减少机器人负荷、减少喷涂时间，可以更好地降低生产节拍。如日本某压铸工厂生产4缸带缸套的铸件，原 生产节拍达到128 s，通过流程优化后使生产节拍控制在100 s以内。
在合理优化生产过程流程后，还需要面对的是实现功能的情况下，减少设备故障、提高设备的开动率。图3是某公司自动化压铸单元设备停机时间分布图。

自动化的压铸单元中，模具、压铸机、机器人是整个单元的核心。从图3可以看出模具是最大的停机项目，其次是压铸机及真空装置。生产实际表明，往往在试生产 调试时的生产节拍在后续的生产过程中难以保证。其最大的原因在于模具状态维持和保全工作存在技术和经验的欠缺。那么如何来保证模具、压铸机、机器人始终保 持良好的状态?现采用QC工具中的鱼刺图来进行分析。图4为影响自动化压铸单元停机要因分析图。

图4所示的鱼刺图中，单从人、机、料、法、环中的“机”即设备来进行分析，把压铸单元的几个主要的停机项作为主干，然后逐一找出造成停机的原因，并在重点 的影响停机的原因上画圈。比如模具拉伤、粘模、磨损、去除飞边的处理、模具交换是模具项目的主要停机原因，但其也是变动的。比如随着模具的老化，在停机的 情况下对模具进行修理的情况也会逐渐增加。压铸机的液压系统不良、机器人的缸套插入不良、喷涂机的喷头堵塞、切边机的铸件定位不良等在通过鱼刺分析后被找 出来。通过对以上的分析，找出了一个顺利完成各项工艺流程、连续生产、快节拍的压铸生产单元所需要的关注点。从而找到怎样提高生产开动率、怎样提高生产节 拍、怎样合理优化生产线布置的出发点。
3 自动化压铸单元装置
3．1压铸机
现代压铸机都采用了实时控制压射、冲头及压室润滑、压射参数检测、压射过程监控、锁模力检测、大杠自动抽出和复位、机器自动润滑、液压油液面位置及温度显 示、故障诊断及报警、快速换模、安全护栏等自动化压铸单元的基本结构。在液压控制上，一般采用伺服控制技术，如德国park伺服液压阀、Rexroth伺 服液压阀来控制。压铸机的保全工作由于有非常强的专业性，一般采取日常点检、周检、月检的方式来对压铸机进行预防性检查，每年聘请压铸机制造厂家进行系统 维护。日常处理只有在经过压铸机厂家的专业培训后，逐步积累处理经验，并将处理结果采用标准的记录方式把它保存起来，以备参考。
3．2机器人
压铸单元上的机器人都是采用6轴机器人。机器人的有效载荷、移动轨迹半径、定位精度应作为重要的性能参数来进行考察。一般机器人本身故障较少，主要问题在 于机器人上安装使用的夹爪和定位夹具的问题。在生产线工艺流程上一般都要在去除铸件的真空浇道后，进行一次再定位。因为去除浇道后铸件与夹爪的相对位置关 系容易发生偏离。如果铸件在切边的同时去除浇道和浇口就不用考虑再定位的问题。由于机器人定位精度的问题，现在在日本出现一种浮动夹爪的结构，可以很好地 解决缸套卡滞的问题。
3．3模具
抽真空、高压冷却水冷却、模温机油预热等现代技术在模具上的运用，更加提高了对模具材料、热处理和制作的要求。模具维护在日常工作中的重要内容就是首先要 有一个详细的模具维护标准，并制定相应的检查内容，保全人员按照这个内容逐一进行维护和处理，持之以恒的坚持下去。我公司在模具保全上制定了严格的规定， 例如：每压铸5000模次必须对模具进行下模维护，主要处理的是模具拉伤、磨损、龟裂的问题，并对型芯进行定期更换，冷却水管、高压冷却水通道等进行清理 等；20 000模次后进行模具的大修。除了对以上所述的内容进行检查和处理外，还有对重要的模具尺寸是否超差检查、油缸、滑块配合等进行检查处理。
3．4喷涂设备
喷涂设备一般有机器人喷涂、喷涂机械手喷涂等，机器人喷涂灵活，深腔处也毫无问题，可以节约大量的涂料和较少的喷嘴投入费用，但需要与模具结构做相应的配 合，以及一次性的机器人高投入成本；喷涂机械手一般采用2轴伺服系统，喷头普遍使用柔性组合的喷头(见图5)

这种喷头可以根据产品形状进行任意组合，且 步骤较少，但模温均匀性差，容易造成涂料浪费，同时购买喷头的成本高。模具喷涂堵塞主要通过采取定期清理和减少压缩空气杂质并使用软化水来解决。如果采用 喷涂机器人的方式，可以在每次喷涂完成后将喷头伸人专用水槽内清理。

3．5浇注设备
浇注设备一般分为两种：一种为浇注机械手加保温炉形式，其使用简单，故障率较低，且使用成本较低，缺点是每次加入的铝水可能有一定波动，并且保温炉的铝液 与空气接触面大，上部取水，氧化渣比较多，影响产品质量；另一种为定量炉形式，定量炉的铝水加入量相对较一致，且由于定量炉的铝水加入是从铝液下方进入 的，不会将铝水表面的氧化渣等带入产品而影响产品质量，但是定量炉的使用较复杂，故障率相对较高，且使用成本也较高，特别是加铝水的漏斗及升液管的使用成 本较高。
3．6模具高压冷却水装置

图6为模具高压冷却水安装示意图。模具高压冷却水装置主要应用在缸体类模具上，可以加强局部无法设置一般冷却通道的部位和型芯的冷却，提高产品的内部质量 和良品率。通过实践发现在型芯容易产生拉伤、断裂的部位布置高压冷却水，能很好地解决型芯拉伤的问题，但由于高压冷却水孔比较小，孔容易被水垢堵塞，要彻 底解决该问题，可以使用蒸馏水，但成本较高。对于机器人喷涂的方式，一定要在模具冷却上下足功夫，只有模具点冷、高压冷却、循环冷却水在模具中大量布置才 能保证在较少的喷涂量下，机器人通过对粘模、拉伤部位进行定点喷涂，保证合适的模具温度，才能确保铸件的冷却和顺利取出，并最终缩短生产节拍，提高生产效 率。
3．7抽真空装置
抽真空装置的种类较多，现在使用较为普遍的抽真空装置。都采用了模具上的真空阀由铝液来关闭抽真空方式，从而达到全真空排气[1]。对模具实施抽真空后， 可以减少产品内部气孔率。在真空生产实践过程中，发现在缸体压射时真空度达到30 kPa的情况下，缸体的良品率能够达到9 7，％以上，由于泄漏造成的不良率在2％以下。
模具型腔内的真空度在压射o．9 s后，通常的真空状态只能达到60 kPa，在高真空状态下可以达到lOkPa[2]，见图7。

在使用真空压铸的情况下，对压铸模具要求较高，模具镶块及顶出型芯制作精度越高，压射冲头的密封性越好，就越能够发挥抽真空的优势。
3．8铸件缺损检查
通过光电感应来对铸件的完整性进行检查，如果发现有缺损时，下一个周期将自动停止，以保护设备和防止模具出现异常。
3．9溢流系统去除和铸件中间定位
铸件溢流系统的去除一般采用机器人编程碰断去除、利用汽缸撑断去除、剪刀剪切、锯切、液压切边等方式，具体采用什么方式要根据产品的溢流系统形状而定。图8为溢流系统去除装置。

铸件在去除溢流系统后，机器人抓取的位置有可能松动移位，如果不将铸件在中间定位装置上进行定位(见图9)并莺新抓取，将在以后的冷却工位、切边工位造成铸件与装置发生碰撞，产生故障，影响设备正常运转。
 3．10冷却装置
铸件的冷却方式有空冷和水冷两种，空冷有采用吹自然风冷却和吹冷风冷却两种方式。采用自然风的冷却时间相对较长，冷却效果较差；采用吹冷风的冷却时间相对 较短，且冷却效果较好，特别是在夏季更能体现其优点。水冷方式分为水冷却和水雾冷却两种方式，水冷却速度快，但要注意产品急冷可能引起产品变形和开裂，而 水雾冷却是将水雾化后对产品进行冷却。
3．11切边机
切边机主要用于对浇口进行去除，也可用于对溢流系统的去除，根据需要，有时溢流系统可采用机器人夹持着铸件利用碰的方式去除。浇注系统的去除方式一般有冲和锯两种方式；锯的方式又有两种，即采用锯盘锯和锯条锯，采用锯盘锯的方式较多。
如果产品结构上能设计成冲的方式，建议尽量采用冲的方式，因为冲的方式的切边模结构简单可靠，制造和使用成本低，环境较干净。如果有的产品由于结构原因必须采用锯的方式，建议尽量采用锯盘和冷态锯的方式，因为其使用成本较低，对机器人也能起到较好的保护作用。
3．12缸套输送和加热装置

缸套输送装置(见图10)和加热装置的关键内容就是控制好传送时缸套的定位、加热器内的缸套定位。缸套加热器的加热方式现在主要有电阻辐射加热和缸套电感加热两种方式。电阻辐射加热速度较慢，电感加热速度快。
作为一个成熟的压铸生产单元还必须在生产技术手段和质量控制上配置相应的软、硬件来满足生产过程控制和质量要求。
生产技术手段上如：压铸模拟分析软件、模具温度检测成像仪或红外线温度计应予以配备。

在质量控制方面如：三坐标检查、变形检查(见图11)、型芯弯曲检查(见图12)、切片着色检查、萤光检查、泄漏检测(见图13)和组织结构都应作为日常检查的基本手段。
4 结语
综上所述，在一个现代化的压铸生产单元内，以压铸机为核心的铸造单元，根据工艺流程合理布置机器人的工作流程，达到快节拍、无故障、高质量的生产，同时也应在生产控制技术和质量检测手段上多下功夫。