工業(yè)機器人在鑄造行業(yè)的應(yīng)用 - 全文

　　一、鑄造機器人的發(fā)展現(xiàn)狀

　　鑄造是獲得機械產(chǎn)品毛坯的主要方法之一，是機械工業(yè)重要的基礎(chǔ)工藝。我國鑄造行業(yè)勞動密集，整體技術(shù)水平及裝備落后，鑄件質(zhì)量低，材料、能源消耗高，勞動條件惡劣，污染嚴重。近幾年，國家對環(huán)境和能耗尤為關(guān)注，鑄造行業(yè)作為資源消耗和環(huán)境污染的大戶，遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，因此，作為一種現(xiàn)代鑄造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的企業(yè)組織、管理和運行新模式，綠色鑄造被越來越多的企業(yè)所重視和推行。

　　工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器及人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備，具有許多傳統(tǒng)設(shè)備所沒有的優(yōu)點，高度的柔性化能夠滿足現(xiàn)代化綠色鑄造生產(chǎn)中的各種特殊要求，在鑄造中的應(yīng)用日益廣泛。目前，采用先進適用的鑄造新技術(shù)，提高鑄造裝備自動化，特別是工業(yè)機器人自動化技術(shù)的應(yīng)用，是鑄造企業(yè)實施綠色鑄造生產(chǎn)、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。我國是個鑄造大國，工業(yè)機器人必將在鑄造領(lǐng)域大展身手。

　　因鑄造存在高溫、高粉塵、振動、油污、噪聲及電磁干擾的惡劣環(huán)境，鑄件不僅溫度高，而且重量也大，因此一搬工業(yè)機器人無法滿足生產(chǎn)需要。鑄造版的工業(yè)機器人必須能適應(yīng)這樣的工作環(huán)境并正常運行，這對制造商來說就是大的挑戰(zhàn)。目前，國內(nèi)涉足研發(fā)機器人的企業(yè)如雨后春筍般發(fā)展，但針對鑄造行業(yè)的還寥寥無幾。萬豐科技憑借自身豐富的鑄造經(jīng)驗和國內(nèi)鑄造設(shè)備的領(lǐng)先技術(shù)，將工業(yè)機器人應(yīng)用到鑄造自動化項目里，對國內(nèi)的鑄造行業(yè)裝備水平的提升是一次質(zhì)的突破。多年自動化項目的經(jīng)驗累積，又鑄就了萬豐科技對鑄造版工業(yè)機器人的成功研發(fā)（已有多個系列，部分彌補了產(chǎn)業(yè)空白），并迅速在鑄造行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

　　二、工業(yè)機器人在鑄造行業(yè)的應(yīng)用

　　在鑄造生產(chǎn)中，工業(yè)機器人除了能夠代替人在高溫、污染和危險環(huán)境中工作外，還可以提高工作效率，提高產(chǎn)品精度和質(zhì)量，降低成本，減少浪費，并可獲得靈活且持久高速的生產(chǎn)流程。萬豐科技將鑄造工藝、鑄造設(shè)備、工業(yè)機器人有機結(jié)合，不斷研發(fā)鑄造領(lǐng)域的項目應(yīng)用，已覆蓋壓鑄、重力鑄造、低壓鑄造及砂型鑄造等各個領(lǐng)域，主要涉及制芯、造型、清理、機加工、檢驗、表面處理、轉(zhuǎn)運及碼垛等工序中。

　　而鑄造車間尤為突出，充斥著高溫、粉塵、噪聲等，工作環(huán)境極其惡劣。工業(yè)機器人可應(yīng)用到重力鑄造、低壓鑄造、高壓鑄造、旋壓鑄造，涵蓋黑色金屬和有色金屬鑄造不同鑄造方式的車間，大幅度降低員工的勞動強度。

　　1. 重力鑄造

　　重力鑄造傳統(tǒng)的澆注模式是人工勺取鋁液澆注，溫度高，搬運強度大，尤其是大鑄件需要兩次勺取鋁液澆注。該模式會因為操作工受體能的限制，造成澆注工藝穩(wěn)定性差，鑄造產(chǎn)品質(zhì)量時有波動。不但人力吃不消，質(zhì)量也受影響。而使用工業(yè)機器人澆注，由機器人澆注管理軟件自動控制機器人按設(shè)定的鑄造工藝進行，產(chǎn)品重復(fù)性一致，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量，解放了勞動力。

　　根據(jù)鑄件特性，工業(yè)機器人重力澆注自動化單元有多種布局格式。

　?。?）圓周式 合適于產(chǎn)品規(guī)格多、鑄造簡單、產(chǎn)品較小的鑄件，每臺重力機可以鑄造不同規(guī)格的產(chǎn)品，工藝節(jié)拍可以多樣化，一人可操作兩臺重力機，因限制條件少，是目前最為常用的模式，如圖1所示。

　　圖1 圓周式工業(yè)機器人重力澆注自動化單元

　?。?）對稱式 適合于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、需有砂芯配合鑄造、澆注工藝復(fù)雜的鑄件。根據(jù)鑄件大小規(guī)格，小鑄件采用小傾斜式重力機，澆注口均在工業(yè)機器人圓周軌跡內(nèi)，而工業(yè)機器人不移動。對于大鑄件，因相應(yīng)傾斜式重力機較大，工業(yè)機器人需配有移動軸方可澆注。該模式下（見圖2），鑄件產(chǎn)品可多樣化，工藝節(jié)拍可不一致。

　　圖2 對稱式工業(yè)機器人重力澆注自動化單元

　?。?）并排式 圓周式、對稱式的缺點是砂芯上件及鑄件下件物流是單工位的，較為分散，而采用重力機并排式就解決了該問題。根據(jù)鑄件大小、工藝節(jié)拍來布設(shè)重力機臺數(shù)，設(shè)計工業(yè)機器人是否需要移動。并可配置輔助抓手來完成砂芯放置、鑄件下件的工作，實現(xiàn)更高程度的自動化，如圖3、圖4所示。

　　圖3 并排式工業(yè)機器人重力澆注自動化單元一

　　圖4 并排式工業(yè)機器人重力澆注自動化單元二

　?。?）平臺式 該模式的出鑄件速度相較于前幾個模式更為高效，重力機在平臺上旋轉(zhuǎn)，有澆注工位、冷卻工位、下件工位等，多臺重力機在不同工位同時運行。澆注機器人在澆注工位不斷取鋁液澆注，取件機器人同步下件（也可用人工，但效率低，工作強度大）。如圖5所示，這種模式只適合產(chǎn)品類似、批量大、節(jié)拍一致的鑄件同時生產(chǎn)。

　　圖5 平臺式工業(yè)機器人重力澆注自動化單元

　　2. 低壓鑄造

　　相比重力鑄造機，低壓鑄造機更具智能化、自動化，人工只需做輔助工作即可。但對于高自動化的管理模式，在鑄造過程中，人工可以一人監(jiān)管一條線，只起巡邏檢查的作用，因此引出了低壓鑄造無人化單元，工業(yè)機器人完成全部輔助工作。應(yīng)用模式有以下兩種：

　?。?）對于產(chǎn)品規(guī)格多、鑄造簡單、批量大的鑄件，可以由一臺工業(yè)機器人管理兩臺低壓鑄造機，工業(yè)機器人完成產(chǎn)品取件、放過濾網(wǎng)、打鋼號、去飛翅等全部工作，實現(xiàn)了無人化鑄造。因空間布局不同，工業(yè)機器人可以采用倒掛式，也可以采用落地式（見圖6、圖7）。

　　圖6 倒掛式工業(yè)機器人在低壓鑄造中的應(yīng)用

　　圖7 落地式工業(yè)機器人在低壓鑄造中的應(yīng)用

　　（2）對于產(chǎn)品規(guī)格單一、需有人工放置砂芯配合、批量大的鑄件，工業(yè)機器人直接從低壓機上取件后，進行冷卻或放置到鉆孔專機及后續(xù)工序的轉(zhuǎn)序。

　?。?）對于需配合砂芯鑄造的，如果砂芯結(jié)構(gòu)簡單、砂芯單一，還可以用工業(yè)機器人增加取放砂芯的功能（見圖8）。人工放置砂芯需進入模腔，而模具內(nèi)溫度很高， 部分砂芯重量大，需要多個人協(xié)助才能完成，且操作時間過長又會使模具溫度下降，影響鑄造質(zhì)量。因此，用工業(yè)機器人取代取放砂芯很有必要。

　　圖8 工業(yè)機器人在低壓鑄造中的應(yīng)用

　　3. 高壓鑄造

　　目前，高壓鑄造的前端工作，如澆注、噴涂模具已有先進的機構(gòu)來完成，但在鑄件的取出及料頭清理大部分由人工來完成。因高溫、重量等因素，人工效率低下，反過來制約了鑄造機的產(chǎn)能。工業(yè)機器人不僅取件高效，還同步完成了割料頭和渣包、清理飛翅等工作，將工業(yè)機器人充分利用，可實現(xiàn)投入回報的最大化。

　　其在高壓鑄造中的應(yīng)用如圖9所示。

　　圖9 工業(yè)機器人在高壓鑄造中的應(yīng)用

　　4. 工業(yè)機器人在鑄造其他環(huán)節(jié)的應(yīng)用

　　工業(yè)機器人因高度的柔性和精度，在油漆粉塵漫天飛舞的涂裝車間、車間內(nèi)不能連貫的兩道工序之間、產(chǎn)品完成后的碼垛、單機加工的上下件等鑄造的諸多領(lǐng)域均可大顯身手。

　　三、工業(yè)機器人應(yīng)用的注意事項

　　綜上所述，工業(yè)機器人的應(yīng)用，極大程度地改變了工作環(huán)境，提升了自動化程度。但是在項目決策時，也要注意相關(guān)事項，否則就有可能物極必反。

　　一般情況下，工業(yè)機器人適合于批量式生產(chǎn)，否則經(jīng)常因產(chǎn)品切換而調(diào)整機器人運行程序及相關(guān)部件，會降低生產(chǎn)效率；另外，在目前的鑄造行業(yè)，通常將工業(yè)機器人應(yīng)用在勞動力密集、勞動強度大的工序，以取代人工，取得最大的投資回報；在項目規(guī)劃時，需考慮工業(yè)機器人運行與周圍裝備的配合度，在確保節(jié)拍一致的前提下，使工業(yè)機器人得以充分利用。

　　隨著視覺系統(tǒng)、力傳感技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機器人在復(fù)雜的工序中也將得到更為廣泛、深入的應(yīng)用。

　　四、結(jié)語

　　鑄造技術(shù)的發(fā)展必然要為社會進步和經(jīng)濟發(fā)展的大局所左右，“綠色鑄造”的概念體現(xiàn)了高速發(fā)展著的文明進程的人性化特征和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的總體要求。與傳統(tǒng)鑄造生產(chǎn)模式相比，“綠色鑄造”模式對鑄造企業(yè)信息化運作水平和自動化生產(chǎn)程度提出了相當(dāng)高的要求。

　　工業(yè)機器人在鑄造生產(chǎn)中具有改善勞動條件，節(jié)約勞動力，降低廢品率和產(chǎn)品成本，提高生產(chǎn)率與產(chǎn)品質(zhì)量，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，以及減少設(shè)備損耗，節(jié)約資源，清潔生產(chǎn)等特點。因此提高鑄造業(yè)自動化水平，加強工業(yè)機器人在鑄造業(yè)中的應(yīng)用，從而實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，增大企業(yè)效益，促進經(jīng)濟和社會的和諧發(fā)展，已成為自動化裝備型企業(yè)的使命。