工業機器人在鑄造行業的應用

近年來，隨著國內產業的不斷升級，企業對自動化生產的要求越來越高，工業機器人得到了前所未有的應用，也促進了國內自主研發工業機器人的迅猛發展。在鑄造行業，“綠色鑄造”被越來越多的企業所重視和推行，突顯了對工業機器人的需求。工業機器人在鑄造中得到應用后，從澆注、搬運延伸到了清理、碼垛等工位，具有許多傳統生產方法所沒有的優點，能夠滿足綠色鑄造中的特殊要求。

一、鑄造機器人的發展現狀

鑄造是獲得機械產品毛坯的主要方法之一，是機械工業重要的基礎工藝。我國鑄造行業勞動密集，整體技術水平及裝備落后，鑄件質量低，材料、能源消耗高，勞動條件惡劣，污染嚴重。近幾年，國家對環境和能耗尤為關注，鑄造行業作為資源消耗和環境污染的大戶，遇到了前所未有的挑戰，因此，作為一種現代鑄造業可持續發展的企業組織、管理和運行新模式，綠色鑄造被越來越多的企業所重視和推行。

工業機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器及人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業重要的自動化裝備，具有許多傳統設備所沒有的優點，高度的柔性化能夠滿足現代化綠色鑄造生產中的各種特殊要求，在鑄造中的應用日益廣泛。目前，采用先進適用的鑄造新技術，提高鑄造裝備自動化，特別是工業機器人自動化技術的應用，是鑄造企業實施綠色鑄造生產、實現可持續發展的關鍵舉措。我國是個鑄造大國，工業機器人必將在鑄造領域大展身手。

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境，鑄件不僅溫度高，而且重量也大，因此一搬工業機器人無法滿足生產需要。鑄造版的工業機器人必須能適應這樣的工作環境并正常運行，這對制造商來說就是大的挑戰。目前，國內涉足研發機器人的企業如雨后春筍般發展，但針對鑄造行業的還寥寥無幾。萬豐科技憑借自身豐富的鑄造經驗和國內鑄造設備的領先技術，將工業機器人應用到鑄造自動化項目里，對國內的鑄造行業裝備水平的提升是一次質的突破。多年自動化項目的經驗累積，又鑄就了萬豐科技對鑄造版工業機器人的成功研發（已有多個系列，部分彌補了產業空白），并迅速在鑄造行業得到廣泛應用。

二、工業機器人在鑄造行業的應用

在鑄造生產中，工業機器人除了能夠代替人在高溫、污染和危險環境中工作外，還可以提高工作效率，提高產品精度和質量，降低成本，減少浪費，并可獲得靈活且持久高速的生產流程。萬豐科技將鑄造工藝、鑄造設備、工業機器人有機結合，不斷研發鑄造領域的項目應用，已覆蓋壓鑄、重力鑄造、低壓鑄造及砂型鑄造等各個領域，主要涉及制芯、造型、清理、機加工、檢驗、表面處理、轉運及碼垛等工序中。

而鑄造車間尤為突出，充斥著高溫、粉塵、噪聲等，工作環境極其惡劣。工業機器人可應用到重力鑄造、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，造成澆注工藝穩定性差，鑄造產品質量時有波動。不但人力吃不消，質量也受影響。而使用工業機器人澆注，由機器人澆注管理軟件自動控制機器人按設定的鑄造工藝進行，產品重復性一致，大大提高了產品質量，解放了勞動力。

根據鑄件特性，工業機器人重力澆注自動化單元有多種布局格式。

（1）圓周式 合適于產品規格多、鑄造簡單、產品較小的鑄件，每臺重力機可以鑄造不同規格的產品，工藝節拍可以多樣化，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。

（2）對稱式 適合于產品結構較為復雜、需有砂芯配合鑄造、澆注工藝復雜的鑄件。根據鑄件大小規格，小鑄件采用小傾斜式重力機，澆注口均在工業機器人圓周軌跡內，而工業機器人不移動。對于大鑄件，因相應傾斜式重力機較大，工業機器人需配有移動軸方可澆注。該模式下（見圖2），鑄件產品可多樣化，工藝節拍可不一致。

（3）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。根據鑄件大小、工藝節拍來布設重力機臺數，設計工業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，實現更高程度的自動化，如圖3、圖4所示。

（4）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，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，這種模式只適合產品類似、批量大、節拍一致的鑄件同時生產。

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，工業機器人完成全部輔助工作。應用模式有以下兩種：

圖1 圓周式工業機器人重力澆注自動化單元

圖2 對稱式工業機器人重力澆注自動化單元

圖3 并排式工業機器人重力澆注自動化單元一

圖4 并排式工業機器人重力澆注自動化單元二

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

（2）對于產品規格單一、需有人工放置砂芯配合、批量大的鑄件，工業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工序的轉序。

（3）對于需配合砂芯鑄造的，如果砂芯結構簡單、砂芯單一，還可以用工業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，而模具內溫度很高， 部分砂芯重量大，需要多個人協助才能完成，且操作時間過長又會使模具溫度下降，影響鑄造質量。因此，用工業機器人取代取放砂芯很有必要。

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能。工業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，將工業機器人充分利用，可實現投入回報的最大化。

其在高壓鑄造中的應用如圖9所示。

4.工業機器人在鑄造其他環節的應用

工業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、車間內不能連貫的兩道工序之間、產品完成后的碼垛、單機加工的上下件等鑄造的諸多領域均可大顯身手。

圖5 平臺式工業機器人重力澆注自動化單元

圖6 倒掛式工業機器人在低壓鑄造中的應用

圖7 落地式工業機器人在低壓鑄造中的應用

圖8 工業機器人在低壓鑄造中的應用

三、工業機器人應用的注意事項

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

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

隨著視覺系統、力傳感技術的發展，工業機器人在復雜的工序中也將得到更為廣泛、深入的應用。

圖9 工業機器人在高壓鑄造中的應用

四、結語

鑄造技術的發展必然要為社會進步和經濟發展的大局所左右，“綠色鑄造”的概念體現了高速發展著的文明進程的人性化特征和經濟可持續發展的總體要求。與傳統鑄造生產模式相比，“綠色鑄造”模式對鑄造企業信息化運作水平和自動化生產程度提出了相當高的要求。工業機器人在鑄造生產中具有改善勞動條件，節約勞動力，降低廢品率和產品成本，提高生產率與產品質量，加快產品更新換代，以及減少設備損耗，節約資源，清潔生產等特點，因此提高鑄造業自動化水平，加強工業機器人在鑄造業中的應用，從而實現清潔生產，增大企業效益，促進經濟和社會的和諧發展，已成為自動化裝備型企業的使命。20140720