鋁合金消失模鑄造涂料自動流平系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蒲 軍

（陜西法士特汽車傳動集團(tuán)有限公司，陜西寶雞 722409）

1 問題的提出

消失模鑄造時(shí)為提高泡沫塑料模樣的強(qiáng)度和剛度，防止粘砂并提高表面質(zhì)量,需要先將耐火涂料涂層均勻的涂在模型表面。涂料涂覆的方法一般有刷涂、浸涂、淋涂、噴涂四種。該變速器殼體輪廓尺寸為600mm×600mm×400mm，鋁合金材質(zhì)，重量約為45kg，產(chǎn)量為年產(chǎn)12萬件。如果采用刷涂、淋涂或噴涂，殼體內(nèi)壁不但無法保證涂層均勻，而且效率相對較低，所以選用人工浸涂方式對模型進(jìn)行涂覆。浸涂工序中，浸完涂料后，操作者還要手持模樣將型腔內(nèi)多余的涂料倒出，之后還需不斷變換角度，使模樣表面涂料薄厚均勻，多余的滴淌干凈。從完成模樣浸涂離開涂料攪拌浸涂桶,到模型表面涂料不再滴淌這一過程我們稱為涂料的流平，大約需要時(shí)間10min。涂料流平過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，勞動強(qiáng)度大。人工操作的過程如圖1所示。

2 方案的選擇

2.1 機(jī)器人自動浸涂、流平系統(tǒng)

在國外已有采用機(jī)器人浸涂的應(yīng)用案例，其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省人力，浸涂和流平均由機(jī)器人一次完成，并且浸涂流平動作可以根據(jù)實(shí)際情況，通過示教式編程隨時(shí)調(diào)整。圖2為針對該變速器殼體設(shè)計(jì)的機(jī)器人浸涂方案。該系統(tǒng)由一臺負(fù)荷300kg配有快換工裝接口的機(jī)器人，兩個(gè)直徑?2500mm、深1500mm的涂料攪拌缸，兩個(gè)輸送滑臺，兩個(gè)針對該模樣設(shè)計(jì)的夾持器，涂料供給系統(tǒng)，檢測控制系統(tǒng)組成。具體工藝流程：首先操作工將要浸涂的模樣裝入夾持器內(nèi)，然后通過滑臺將其滑入機(jī)器人工作范圍等待機(jī)器人抓取；與此同時(shí)機(jī)器人將通過另一條滑臺先送入的模型在涂料缸中浸涂并流平后，連同夾持器放回到原滑臺上；放下夾持器的機(jī)器人會立即抓起旁邊滑臺上正在等待的夾持器對模樣進(jìn)行浸涂，而剛被放下的完成涂料涂覆的模樣被滑臺送出機(jī)器人工作范圍，操作工取出模樣，裝入未浸涂的模樣，重新送入機(jī)器人工作范圍等待浸涂，如此反復(fù)。

圖1 人工浸涂涂料操作

圖2 機(jī)器人自動浸涂方案

對我廠來說，采用該系統(tǒng)存在如下問題。

（1）設(shè)備龐大、重量重，不便安裝。由于我廠的“白區(qū)”生產(chǎn)場地為三層布置，從一樓到三樓分別為制型工序、涂層工序、組模粘接工序，只有將該設(shè)備放置在樓上才能使生產(chǎn)的工藝路線順暢，但每平方米只能承受240kg壓力的樓板，無法承受2.5t的機(jī)器人和加滿涂料后接近8噸的涂料攪拌缸的重量。

（2）夾持器設(shè)計(jì)難度大。機(jī)器人浸涂時(shí)，一般會將整個(gè)模型慢慢壓入涂料缸中,直到模樣完全浸沒，由于泡沫塑料模樣本身密度很小,該模樣又為薄壁的殼體，在浸入涂料時(shí)會受到大約240N的浮力，為防止模樣變形甚至破裂，在選擇合理浸入角度的同時(shí),還需要在夾持器上設(shè)置足夠多的支撐點(diǎn)和夾緊點(diǎn),在外表面遍布加強(qiáng)筋的扁圓桶型模樣的柔軟表面如何設(shè)置和設(shè)置多少夾緊點(diǎn)就成了設(shè)計(jì)首先要解決的問題。當(dāng)確定了支撐及夾緊點(diǎn)后,如何解決夾緊機(jī)構(gòu)在涂料中可靠工作又成了無法解決的難題。

（3）成本高，后期維護(hù)費(fèi)用高。按照上面方案制造的機(jī)器人浸涂系統(tǒng)，供應(yīng)商的報(bào)價(jià)大約在150萬元人民幣左右。由于系統(tǒng)大量使用進(jìn)口高檔零部件，使后期使用維護(hù)費(fèi)用過高。例如，涂料供給系統(tǒng)中選用的德國原裝進(jìn)口的柱塞泵，由于涂料中含有石英粉這樣的硬質(zhì)顆粒，只能保證一年的使用壽命，需要經(jīng)常更換。

（4）減輕了勞動強(qiáng)度，但并沒有提高生產(chǎn)效率，性價(jià)比不高。浸涂完成后，機(jī)器人會慢慢將模型抬起，使模型及夾持器脫離缸中涂料，轉(zhuǎn)動夾持器使內(nèi)腔中的多余涂料倒出，然后機(jī)器人會繼續(xù)轉(zhuǎn)動夾持器，并在特定角度停留，使模樣表面的涂料涂覆均勻，不再滴淌，這一過程和人工操作是一樣的，大約需要10min，再加上浸涂和抓取、放下夾持器的時(shí)間，機(jī)器人涂覆一個(gè)模樣的時(shí)間約為12min，與一個(gè)人的生產(chǎn)效率相仿，并沒有提高生產(chǎn)效率。清理夾持器、滑臺等裝置上附著的涂料費(fèi)工費(fèi)時(shí)，而且涂料浪費(fèi)嚴(yán)重。

2.2 人工浸涂后，采用機(jī)器自動流平

該方案使用人工浸涂，浸涂時(shí)模樣并不需要被壓入涂料中，而是浮在表面橫滾兩圈，整個(gè)過程只需25s，然后將模樣提出，夾在夾持器上，踩下腳踏開關(guān)，隨后夾持器會按預(yù)先設(shè)定的程序開始旋轉(zhuǎn)，使涂料流淌均勻；同時(shí)工位轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)60°，使新裝上的模樣離開上件位置，并將流平完成的模樣轉(zhuǎn)到操作者面前，操作者卸下模樣，然后將新的模樣浸涂，并夾在夾持器上，開始流平。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖4為工人正在向系統(tǒng)上固定模樣。

該方案相比機(jī)器人浸涂有以下優(yōu)點(diǎn)。

圖3 自動流平系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）最大限度的利用了原有設(shè)備，只需在現(xiàn)有浸涂桶旁增加一套流平裝置，代替人工流平，就可以減輕勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。

（2）模型的浸涂過程中，涂料的流平用去了絕大部分時(shí)間，通過增加流平工位，在保持兩名操作工不變的情況下，就可使流平工序的生產(chǎn)節(jié)拍由12min縮短到2min，滿足了生產(chǎn)節(jié)拍要求。

（3）該系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡單緊湊，成本低、重量輕、占地面積小、便于布置。

圖4 自動流平系統(tǒng)操作

3 浸涂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 夾持器

流平系統(tǒng)的模樣夾持器不需要在模樣上設(shè)計(jì)支撐和夾緊結(jié)構(gòu)，只需要使用兩個(gè)手動夾緊器夾緊方形的澆道部分,就可以使3kg左右浸涂完涂料的模樣隨夾持器可靠地旋轉(zhuǎn)；夾緊裝置選用不銹鋼材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)手動夾緊器，夾緊可靠，抗污染能力強(qiáng)；為減輕系統(tǒng)重量并且方便清理，夾持器采用鋁合金材料。

3.2 夾持器旋轉(zhuǎn)裝置

夾持器由120W的三相異步電動機(jī)通過減速機(jī)減速后驅(qū)動。通過預(yù)先編制的程序，實(shí)現(xiàn)夾持器自動旋轉(zhuǎn)，并在不同角度停留。夾持器及旋轉(zhuǎn)裝置如圖5所示。

3.3 六工位轉(zhuǎn)臺

為滿足2min的生產(chǎn)節(jié)拍，需要將六個(gè)流平工位，圍成一圈，安裝在如圖6所示的簡易轉(zhuǎn)臺上，這樣該系統(tǒng)的占地面積僅為直徑3m的一個(gè)圓，方便布置。

圖5 夾持器及旋轉(zhuǎn)裝置

圖6 六工位簡易轉(zhuǎn)臺

3.4 控制系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)在小型PLC控制下自動運(yùn)行，操作者通過一個(gè)腳踏開關(guān)啟動夾持器自轉(zhuǎn)和工位轉(zhuǎn)臺公轉(zhuǎn)。夾持器可以根據(jù)流平工藝要求，通過設(shè)定電機(jī)的旋轉(zhuǎn)時(shí)間和方向先后在十個(gè)不同角度停留，等待規(guī)定的時(shí)間后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到下一位置。

4 結(jié)論

人工浸涂后，采用機(jī)器流平的方案，以簡單實(shí)用為原則，充分發(fā)揮人工操作的靈活性和機(jī)器操作的省力和高度一致性，在降低工人勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，還降低了設(shè)備的成本。該系統(tǒng)現(xiàn)已投入運(yùn)行半年時(shí)間，生產(chǎn)效率相比人工方式提高了兩倍，效果良好。