全自动壳型铸造生产线.pdf

黼茎鱼垫查里! 坚竺! ! ! ! 竺! ! 堕型 全自动壳型铸造生产线 李明1 ，吴向军2 ，张东阳1 ( 1 中国汽车工业工程有限公司，天津3 0 0 11 3 ： 2 中铁山桥集团有限公司，河北秦皇岛0 6 6 2 0 5 ) 摘要：阐述了壳型铸造装备的升级方案，并为实现壳型铸造自动化、无人化生产提出了具体措施。全 自动壳模铸造生产线由制壳机及机器人合模系统、存储立体库及输送系统、自动下壳机、造型及铁丸冷却系 统、自动取铸件机械手及相关辅助设施组成，生产效率l5 0 件h ，工艺流程均实现了自动化。 关键词：壳型铸造；生产线；自动化 中图分类号：T G 2 3 3 ；文献标识码：A ；文章编号：1 0 0 6 9 6 5 8 ( 2 0 1 6 ) 0 4 0 0 8 0 0 4 D O I ：1 0 3 9 6 彩j 1 s s n 1 0 0 6 9 6 5 8 2 0 1 6 0 4 0 2 2 0 前言 随着社会人力成本的提高，和对铸造产品的 严格控制，铸造企业越来越关注铸造装备的自动化 程度。自动化，智能化是铸造装备发展的趋势，也 是建立铸造数字化工厂的前提和基础。作为铸造 装备供给侧的工作者，我们对壳型铸造装备就自动 化、无人化生产方向进行研究和实践。 1 壳型铸造装备现状 壳型铸造获得的铸件轮廓清晰，表面光洁，尺 寸精确，使得壳模铸造成为铸造工艺的一大特色版 块。目前，壳型铸造工艺单机设备日趋完善，例如 制壳机、合模工作台、造型及铁丸冷却系统等，但由 于物流转节点的复杂性，导致各工艺设备相对孤 立，未能实现装备自动化。其人工参与的工艺环节 具体表现在： ( 1 ) 在模片制作阶段，需要人工搬运模片下件， 并检查形状轮廓。 ( 2 ) 在壳模合型阶段，需要人工涂胶、搬运和合型。 ( 3 ) 在壳模存储阶段，采用积放输送或地摊放置 方式，需要人工搬运壳模。 收稿日期：2 0 1 6 0 3 一1 6 稿件编号：1 6 0 1 一1 2 9 2 作者简介：李明( 1 9 8 2 一) ，男，工程师，主要从事铸造设备研究及铸造 车间设计 ( 4 ) 在壳模下芯阶段，需要人工搬运并精确放置 壳模。 ( 5 ) 在落砂阶段，需要人工操作机器取、放铸件。 2 总体方案和具体措施 壳模铸造生产线范围分为制壳区域、存储区域、 造型区域和落砂区域，平面布置图见图1 。针对不 同区域人为参与的工艺环节，我们进行了重新布局， 并设置合理的物流设备衔接工艺单机设备，来实现 壳型铸造生产线的自动化、无人化。具体措施如下： ( 1 ) 制壳区域采用视频识别，自动进行壳模形状 轮廓检查；利用工业机器人进行涂胶、搬运、合型等 工作。 ( 2 ) 存储区域采用立体库调节壳模的供需关系， 并利用堆垛机和辊道配合进行输送、调度壳模。 ( 3 ) 造型区域壳模下芯处，设置自动下壳机来定 位、搬运壳模并精确放置在砂箱合适位置。 ( 4 ) 落砂区域设置自动取铸件机械手作为壳型 铸造生产线与铸件后续处理的物流接入口。 3 全自动壳型铸造生产线组成及其物流转节点 全自动壳模铸造生产线由制壳机及机器人合 模系统、存储立体库及输送系统、自动下壳机、造型 及铁丸冷却系统、自动取铸件机械手及相关辅助设 施组成。 o F M T 中国铸造装备与技术4 2 0 1 6 E q u ip m e n tT e c h n o I o g y 装备技术 图l全自动壳模铸造生产线平面布置图 3 1 制壳机及机器人合模系统 制壳区域温度较高，并伴有刺激性气味，现场 工人劳动环境恶劣。引人视频识别和工业机器人 后，将解放该区域的生产工人，提高装备的自动化 程度，同时也提高了制壳效率。 制壳机及机器人合模系统位于制壳区域，主要 由工业机器人、制壳机、合模工作台和视频识别装 置等组成，用于制造完整的壳模，见图2 。由制壳机 制造出下模，搬运机器人利用专用夹具夹持模片， 取出并旋转翻身放置在检测工位；视频识别装置对 其下模形状轮廓进行鉴定，待结果合格后，搬运机 器人移动下模放置在合模工作台上；随后涂胶机器 人对下模凹槽进行涂胶，涂胶整齐均匀；同时制壳 机已生产出上模，并由搬运机器人取出；待上模鉴 定检查合格后，移至合模工作台进行合型；随后合 模工作台将上、下模进行压制，数秒后，一个完整的 壳模制造完成，并由搬运机器人取出，放置在后续 物流设备上。 !圳壳i J lJ 支f l器人合_ | = I ! 系统 采用工业机器人进行壳模搬运、涂胶和合型， 并配合视频识别检测，实现了制壳区域的自动化， 其优点在于： 中国铸造装备与技术4 2 0 1 6o F M T8 l ( 1 ) 减少了现场工人 简单重复的工作，并减轻 了工作强度。 ( 2 ) 防止工人在搬运 过程中损坏模片，有利于 提高壳模合格率。 ( 3 ) 提高了壳模形状 检测的准确性。 ( 4 ) 机器人涂胶整齐 均匀，质量可靠。 ( 5 ) 壳模合型精度高。 ( 6 ) 提高了制壳效率。 3 2 存储立体库及输送系统 由于制壳和造型生产效率不一致，导致需要现 场进行壳模的缓存。传统缓存方式一般采用地摊 式放置或者积放输送，缺点在于占地面积大并且不 能保证壳模先进先出。引入存储立体库及输送系 统后，利用堆垛机配合辊道输送，将大大提高设备 的自动化程度，并强化对壳模的管理。 存储立体库及输送系统位于存储区域，作为中 间物流环节，主要由立体仓库、堆垛机、辊子输送机 等组成，用于壳模的缓存和输送，并匹配制壳和造 型的生产效率，见图3 。采用存储立体库及输送系 统，其优点在于： ( 1 ) 采用立体仓库，使用更小的占地空间，拥有 更大的存储容量。一般来说，自动化高架仓库的空 间利用率为普通存储设备的5 倍，这是相当可观的。 ( 2 ) 由于传统壳模自动化输送设备提供的品种 单一，致使造型线只能生产与之相对应的铸件，灵 活度不够。引入立体仓库后，允许一条造型线对应 数台制壳机进行生产，并且数台制壳机可以同时生 产相同或不同类型的壳模，极大地扩展了生产调度 的灵活性。 ( 3 ) 当壳模过量时，系统可以吸收多余的壳模， 储存在立体仓库中；当壳模供不应求时，系统取出 存货，补充足量的壳模供往造型系统。壳模存储立 体库及输送系统建立了制壳区域和造型区域的物 料缓冲地带，不断地调节壳模数量，实现供需平衡。 ( 4 ) 壳模存储立体库及输送系统是个高度机械 自动化的系统：堆垛机存、取货；辊道自动输送，极 大地降低了工人劳动强度，提高了生产效率，改善 ：= _ 壳域 卜 i Il则X 哩1 啡掏 装备技术E q u ip m e n tT e c h n o lo g y 了劳动环境。由于减少 了人为环节，壳模变形、 破损的可能性大大减 少，壳模尺寸精度和成 品率提高，从而提高了 铸件质量。 3 3 自动下壳机 由于壳模长度方 向尺寸大，工人在搬运 壳模并精确放置到砂箱 时，非常不方便，甚至有 时需要小范围调整位 置，会因野蛮操作会损 坏壳模，因此引入自动 下壳机，替代工人复杂 习3 存储谚体库及输送系统 的劳动，非常有必要，同时也能提高下壳效率。 自动下壳机位于造型区域下芯处，每次搬运 6 组壳模，采用全自动方式运行主要由出壳辊道、 顶升装置、垂直升降装置、同步机械手、水平移动装 置、固定机架等组成；用于搬运壳模并精确放置在 砂箱内部指定位置，见图4 。 出壳辊道输送满框壳模过来，顶升装置顶出壳 模并定位，同步机械手张开并同时钳住6 组壳模， 在垂直升降装置的作用下，提升脱离壳模框；随后 水平移动装置将壳模转运至造型输送线砂箱上方； 垂直升降装置平稳下降，利用同步机械手精准地将 壳模放置在砂箱内部定位槽。 3 4 造型及铁丸冷却系统 造型及铁丸冷却系统位于造型区域，已实现全 自动运行，主要由震动造型机、雨淋加铁丸装置、自 动输送线、转运车、翻箱机、三回程冷却滚筒和振动 输送机等组成；用于均匀布料、震动造型、自动浇注、 通廊冷却、翻箱落砂、铁丸冷却及输送等工艺环节， 见图5 。 3 5 自动取铸件机械手 传统取铸件方式采用人工操作机器来完成，但 落砂区域环境恶劣，有大量的粉尘和高温烟气，影 响工人的健康，因此引入自动取铸件机械手，解放 该处操作工人，并提高落砂效率。 自动取铸件机械手位于落砂区域，每次取出六 组铸件，采用全自动方式运行，主要由接箱装置、翻 转装置、推送装置、机械手、垂直升降装置、水平移 动装置、固定机架等组成；用于翻箱落砂后，铸件的 自动抓取，并按顺序放置在适当位置，见图6 。 o 由L 烈 嚼士= Jt 。I 豳帅 曝 _E 。嵋毗 j墨H盯J ； 一甘叶_ 口 一 茬 荨 - if 目 一 重Z 由 二 一I O 旷 一 一E 口P 西 嗣bUP 图5 造型及铁丸冷却系统 造型系统末端翻箱机将冷却完成的铸件和铁 丸在落砂区域从砂箱中卸出；滚烫的铁丸经过格子 栅格进入冷却系统，而炙热的六组铸件斜置在接箱 装置的固定单元格中；随后翻转装置将铸件翻转至 水平，并被推送装置移动到合适位置；机械手下降 勾住铸件并使众多铸件对齐；随后在垂直升降装置 和水平移动装置作用下，机械手移动将其放置在铸 件后处理系统物流输送机上。 艟施i J ， 1 、 叠 。、 f J -l k 一 ；! f1k A o1 叶_ o I nl_ l刚r 1P _ 罟 l， 、 j I ，一 斌 厂 1囟晦k 瞪韵， 1 。f 舢嗣置目i。一n 耸 4 实施效果及结语 8 2e F M T 中国铸造装备与技术4 2 0 16 E q u ip m e n tT e c h n o lo g y 装备技术j 该壳型铸造生产线用于生产发动机曲轴，效率 1 5 0 件ll，工艺流程均实现了自动化。目前装备现 已投入使用，并得到业主认可和好评。 参考文献 【l】金永锡发动机曲轴铸件铸造工艺【J 】现代铸铁，2 0 0 l( 4 ) ：2 9 3 4 2 赵瑛、陈剑等自动化立体仓库在砂芯储存输送系统中的应用 J 中国铸造装备与技术2 0 0 9 ( 2 ) ：4 6 4 7 A u t o m a t ics h e Uc a s t in gp r o d u c t iO nU n e “M in 9 1 ，、V UX ia n u 1 1 2 ，Z 乩州GD o n g Y a n 9 1 ( 1 A u t o m o t iV eE n g in e e r in gC o 叩o r a t io n ，T ia n j in3 0 0 l 13 ，C h in a ； 2 C h iI laR a ilw a yS h a lllla ig u a nB r id g eG r o u pC o ，L t d ，Q iI lh u a n g d a o0 6 6 2 0 5 ，H e b e i，C h in a ) A b s t r a c t ：T h isp a p e re x p o u n d st h eu p 伊a d in gs c h e m ef o rt h ee q u ip m e n to fS h e nC a s t in ga n dp r o d u c e st h e c o n c r e t em e a s u r e st oR e a liz a t io no ft h ea u t o m a t io na n du m a n n e do ft h eS h e ll C a s t in g A u t o m a t icS h e llc a s t in g p r o d u c t io nlin eisc o m p o s e do fs h e llm a k in gm a c h in ea n dm o u lda s s e m b lin gs y s t e m ，s t e r e os t o r e h o u s ea n d t r a n s p o r ts y s t e m ，a u t o m a t ics h e ll H a n d lin gm a c h in e ，m o ld in gm a c h in ea n ds h o tir o nc o o lin gs y s t e m ，a u t o m a t ic m a n ip u la t o rf o rt a k in gc a s t in g sa n dr e la t e df a c ilit ie s M e a n w h ilet h ep r o d u c t iV 时isl 5 0p ie c e sp e rh o u r a n dt h e p r o c e s sr e a liz e sa u t o m a t io n K e y w o r d s ：s h e Uc a s t in g ；p r o d u c t io nlin e ；a u t o m a t io n 业界资讯I n f o n n a t io n 第二届中国铸造节暨中国铸造协会成立三十周年庆典活动在北京隆重举办 五月飞花轻折柳，粼粼神光迎艳 阳。2 0 1 6 年5 月14 2 0 日，历时七 天的第二届中国铸造节在北京顺利 落下帷幕。开幕式荣耀邀请了十届 全国人大常委会副委员长顾秀莲，中 国铸造协会名誉会长郭树言、陆燕 荪、贾成炳，中国机械工业联合会会 长王瑞祥等多位嘉宾莅临并为“第二 届中国铸造节”盛情揭幕。 今年，恰逢中国铸造协会成立 三十周年。三十年来，中铸协恪守服 务宗旨，伴随中国铸造业的崛起，励 精图治，历经三次创业发展，取得了 令业界和全社会刮目相看的非凡业 绩。为了感谢那些为中国铸造业腾 飞和感恩那些为中铸协健康发展做 出突出贡献的优秀单位和先进个人， 中铸协特别设计颁发了15 个不同奖 项以资鼓励和褒扬。颁奖现场的热 烈气氛令人久久难于忘怀。 作为序曲，“中国铸造协会七届三 次理事会议”于5 月1 4 日召开。“今 后几年，总需求低迷和产能过剩并存 的格局难以出现根本改变。”中国铸 造协会会长薛灵虎指出，“我们对中 国的发展前景仍充满信心，我国经济 潜力足、韧性强、回旋余地大。”难得 北京有雨而过，丽日当空，似乎隐喻 着中国铸造未来的明媚前景。 5 月15 日开始的“第十二届中国 铸造协会年会暨首届全球铸造论坛” 迎来了1 9 个国家和地区的近1 2 0 0 位铸造企业、科研机构和行业组织的 代表齐聚一堂。莅会代表背景与会 议主题设置凸显了年会与论坛的国 际化程度与话题。除“中、美、德、日” 四个国家代表围绕“现代工业革命中 的铸造业”主旨做了观点鲜明、内容 丰富的年会报告外，1 6 日举行的“第 6 届金砖国家铸造业论坛”、“2 0 1 6 w F 0 铸铁、铸钢技术国际论坛”、“首届 中国铸造业团体标准与国际标准协 同发展论坛”吸引了来自巴西、俄罗 斯、印度、南非、蒙古、韩国、意大利、 西班牙等国家的嘉宾参与。会议内 容不仅持续引领铸造行业的技术更 新及发展方向，还将中国铸造的标准 制定与国际接轨搬上了实操日程。 此外，1 6 日的1 0 场分论坛，紧密 契合当前铸造行业备受关注的“提质 增