基于壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線的設計和研究

韓秀榮　李建春　劉盛康

（1.寧波職業(yè)技術學院，寧波 315800；2.寧波精盟機械有限公司，寧波 315207）

基于壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線的設計和研究

韓秀榮李建春劉盛康

（1.寧波職業(yè)技術學院，寧波 315800；2.寧波精盟機械有限公司，寧波 315207）

本文研究壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化技術，用取出機械手、定位機械手、分揀機械手等模擬人的動作完成制品取出、沖裁、分揀等動作，真正實現(xiàn)壓鑄生產(chǎn)流程的全自動化，提高產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性，縮短生產(chǎn)周期，最終達到在減少人工的同時提高壓鑄產(chǎn)品的生產(chǎn)質量和生產(chǎn)效率的目的，從而提高企業(yè)的市場核心競爭力。

壓鑄產(chǎn)品沖裁自動化生產(chǎn)線

1壓鑄產(chǎn)業(yè)概況

壓鑄（壓力鑄造）是一種生產(chǎn)效率快、尺寸精度高、適合大規(guī)模生產(chǎn)的鑄造方式［1］。壓鑄產(chǎn)品應用行業(yè)廣泛，機械化程度較高，工藝過程規(guī)范，重復的簡單動作較多，對鑄件精度要求較高。隨著CAMCAE軟件的模擬與仿真在鑄造行業(yè)的應用，鑄造條件如溫度、流速、壓力等的要求越來越精確，促使鑄造機器人在鑄造行業(yè)迅速發(fā)展。

1.1國際上壓鑄生產(chǎn)的自動化程度已經(jīng)達到較高水平

早在1970年，瑞士就已經(jīng)成批生產(chǎn)一種帶自動澆注裝置、自動取件機械手和輔助切邊裝置的全自動400鋁合金壓鑄機，基本實現(xiàn)了無人操作。美國Unimatoin公司生產(chǎn)的專用鑄造機器人，其機械手臂的工作半徑可達5m，可以操作2臺1200t的壓鑄機。此款機器人除了壓鑄外，還可以按照程序設定對模具噴涂料、取鑄件和檢查等，從而實現(xiàn)鑄造自動化。國際上比較成熟的壓鑄機器人，如應用在鑄造行業(yè)的FANUC鑄造專家型系列機器人等，都基本實現(xiàn)了生產(chǎn)能力以及動作精巧度的極大突破。

1.2國內壓鑄生產(chǎn)自動化與國際的差距

我國的壓鑄生產(chǎn)始于20世紀40年代中后期。1956年起，我國開始擁有自己設計制造的壓鑄機；20世紀90年代以后，我國壓鑄機的發(fā)展非常迅速，壓鑄機的設計水平、技術參數(shù)、性能指標、機械結構、制造品質等都有不同程度的提高，有的已經(jīng)達到或接近國外先進水平。江蘇中聯(lián)鋁業(yè)有限公司2011年開始導入重力鑄造機器人系統(tǒng)，現(xiàn)已有10多組澆鑄機器人系統(tǒng)投入生產(chǎn)。另外，力勁科技集團的壓鑄自動化單元也提供了很好的壓鑄產(chǎn)品自動化解決方案?？傊覈鴫鸿T配套生產(chǎn)線的自動化程度還非常低，與發(fā)達國家尚存在較大差距。一些大的壓鑄企業(yè)，自動化生產(chǎn)線往往從國外成套進口；而一些中小型壓鑄企業(yè)，由于資金問題，無力購買昂貴的自動化設備，很多工序依然依靠人工操作，嚴重影響其工作效率和生產(chǎn)效益。因此，如何吸取國際先進工藝經(jīng)驗、技術方法，開展與其相關的理論和實驗研究，使我國的壓鑄產(chǎn)品生產(chǎn)自動化水平與國際接軌，最終到達國際領先水平，迫在眉睫。

2基于壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線的設計

2.1我國中小型壓鑄企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀——半自動化壓鑄生產(chǎn)線

目前，我國國內中小型壓鑄企業(yè)還屬于半自動化生產(chǎn)，即使用自動化的壓鑄機進行產(chǎn)品成型，而其產(chǎn)品的取出、運輸、切邊、分揀仍為人工操作。一般壓鑄產(chǎn)品生產(chǎn)線流程如圖1所示。

此種半自動壓鑄生產(chǎn)線存在部分問題：第一，生產(chǎn)現(xiàn)場條件惡劣，高溫、油霧等嚴重影響工人健康；第二，隨著整個社會人工成本劇增，使企業(yè)的生產(chǎn)成本不斷上升；第三，因為這種生產(chǎn)配套設備自動化水平不高，產(chǎn)品質量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較低，所以企業(yè)利潤直線下降。因此，這種半自動的壓鑄產(chǎn)品生產(chǎn)方式已不能滿足企業(yè)生產(chǎn)需要，企業(yè)迫切需要完成壓鑄生產(chǎn)的全自動化產(chǎn)業(yè)升級。

圖1半自動化壓鑄產(chǎn)品生產(chǎn)流程

2.2實現(xiàn)壓鑄產(chǎn)品全自動化——設計壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線

根據(jù)我國大多數(shù)中小型壓鑄企業(yè)的具體情況，設計一套壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線。將原來復雜的功能要求分解成不同的動作組合——取出機械手、定位機械手、分揀機械手等，使得整個動作流程清晰，操作周期縮短，降低生產(chǎn)成本。壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線如圖2所示。

壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線的主要優(yōu)點為：第一，充分體現(xiàn)人本主義，改善壓鑄產(chǎn)品生產(chǎn)線工人的工作狀況，把工人從繁重和危險的工作環(huán)境中解放出來；第二，在生產(chǎn)過程中剔除人為的不確定性，提高產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率；第三，實現(xiàn)機器代人，減少用

工人數(shù)，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)生產(chǎn)利潤。壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線流程如圖3所示。

圖2壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線

圖3壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線流程

2.3壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線的研究內容和設計

分析

壓鑄產(chǎn)品自動化生產(chǎn)線主要涉及制品取出、定位、運輸、沖裁、分揀等各個環(huán)節(jié)，要求定位精準，運輸過程平穩(wěn)，同時進行有效冷卻、沖裁制品外形精準以及制品分揀正確迅速等。

主要研究內容包括：取件機械手的設計制造、仿真與優(yōu)化的研究；機械手精細動作控制研究；制品取出后，順利放入下一道工序的二次定位研究。如圖4所示。

圖4產(chǎn)品壓鑄成型、取出產(chǎn)品并旋轉到位

定位機械手的設計制造、仿真與優(yōu)化研究，定位方式及精準度的研究，滑塊式緩沖運輸線的設計制造、仿真與優(yōu)化研究，運輸制品定位方法和冷卻方式的研究，如圖5所示。

圖5產(chǎn)品緩沖輸送線位置、緩沖線產(chǎn)品由機械手移入模具

分揀機械手的設計制造、仿真與優(yōu)化研究，機械手動作精準度的研究和殘次品的辨別與分揀研究，如圖6所示。

圖6分揀機械手夾取沖裁好的產(chǎn)品，釋放到相應的出料口

2.4壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線的試制

通過和寧波某鑄件生產(chǎn)公司合作，開發(fā)了一套壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線。

（1）壓鑄機。完成產(chǎn)品的壓鑄機，由客戶自行提供。

（2）取件機械手。本裝置完成產(chǎn)品的壓鑄模內取出工作，并準確移送至下一操作位置。本機械手采用兩軸伺服配置，取出主臂可提供制品旋轉功能；垂直手臂輔助將產(chǎn)品放置在緩沖線上。

主要技術參數(shù)：X軸行程1300mm；Z軸行程400mm；Y軸行程120mm；R軸角度90°；驅動方式為X、Z軸伺服，Y軸（引拔）、R軸（旋轉）氣動；最大載荷5kg；最小取出時間 1.5s；工作氣壓 5～7Bar；耗氣量 10nL/cycle；電源AC380V，50Hz。

（3）定位機械手。本裝置接取取件機械手上的產(chǎn)品，并將其定位于緩沖線上。緩沖線采用滑塊式輸送，每個滑塊對產(chǎn)品都采取仿形定位。機械手將適當位置上的產(chǎn)品放置到?jīng)_壓模具上。本機械手采用單軸伺服配置。

主要技術參數(shù)：Y1軸行程500mm；Z1軸行程120mm；緩沖滑塊7Piece；驅動方式為Y1軸伺服，Z1軸（上下）氣動，滑塊氣動；最小放件時間1.0s；工作氣壓5～7Bar；耗氣量15nL/cycle；電源AC380V，50Hz；耗電量0.5kVA。

（4）液壓機。本機對產(chǎn)品實行沖裁操作。主要技術參數(shù)：沖壓行程300mm；容模間距450mm×300mm；模板間距100mm×400mm；驅動方式為液壓（快速設計）；沖壓力3Ton；沖壓時間3.0s；吹氣氣壓5～7Bar；耗氣量30nL/cycle；系統(tǒng)壓力6.3MPa；電機功率7.5kW；電源AC380V，50Hz。

（5）分揀機械手。本裝置在液壓機沖裁完成后，將產(chǎn)品和水口一并夾取并移出液壓機，分別將其放置在相應的物流通道上，完成對產(chǎn)品的分類處理。本機械手采用單軸伺服配置。

主要技術參數(shù)：Z2軸行程120mm；驅動方式為Y2軸伺服，Z2軸（上下）氣動；最小取件時間 1.0s；工作氣壓5～7Bar；耗氣量5nL/cycle；電源AC380V，50Hz；耗電量0.5kVA。

2.5壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線試制結果

該壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化生產(chǎn)線投產(chǎn)以后，將使每條生產(chǎn)線工人由原來的5人減少為1人，大大降低了用工數(shù)量，同時將生產(chǎn)效率提高50%左右，且大大提高了產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性。

3結論

研究應用壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動化技術，用自動化設備代替人工勞動。具體地，用取出機械手、定位機械手、分揀機械手等模擬人的動作完成制品取出、沖裁、分揀等動作，真正實現(xiàn)壓鑄生產(chǎn)流程的全自動化，從而提高產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性，縮短生產(chǎn)周期，以達到減少人工、提高壓鑄產(chǎn)品的生產(chǎn)質量和生產(chǎn)效率的目的，最終提高企業(yè)的市場核心競爭力。

［1］付宏生.壓鑄成型工藝與模具［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2008.

［2］郭平.自動化生產(chǎn)線安裝與調試［M］.北京：中國水利水電出版社，2015.

［3］何存興.FANUC機器人在壓鑄領域自動化解決方案［J］.金屬加工：熱加工，2013，（5）：5.

The Research and Design of Blanking Die Casting Products Nozzle Automatic Production Line Based on

HAN Xiurong，LI Jianchun，LIU Shengkang
（1.Ningbo Polytechnic，Ningbo 315800；2.Ningbo Union Machinery Co.Ltd，Ningbo 315207）

Because of the high labor risk and labor environment，the die casting industry is in urgent need of the machine automation. In this paper，the die casting nozzle blanking automation technology is studied，and the manual labor is replaced by the automatic equipment. Specifically，remove manipulator，mechanical hands，sorting machinery hand simulate human action completed products out，blanking，sorting action，achieve automation of die casting production process，improve the stability of the product quality，shorten the production cycle，and ultimately achieve in reducing artificial and at the same time，improve the production quality and the production efficiency of the die casting products，so as to improve the enterprise's core competitiveness in the market.

die casting products，punching，automatic production line

2015年浙江省教育廳一般科研項目（Y201534690）。