機器人在精密鑄造行業中的應用與發展

武漢中精金屬制品有限公司 廠長劉志剛

一、鑄造機器人在精鑄行業應用現狀

精密鑄造行業是一個相對勞動密集和技術密集的行業，很多工序如制殼、焙燒、澆注、清理及打磨等工序勞動強度高，環境惡劣，同時對操作技能要求也高。其工藝過程的部分工序如制殼工序的機械手和機器人的應用在國外已有30年。

最早出現的機械手是液壓、氣動或電驅動的，降低了工人勞動強度，但柔性不夠，僅能做背層制殼。

部分工序如制殼、澆注、清理的搬運也有采用助力機械手來減少工人勞動強度。

由于精鑄生產大部分企業面臨多品種、小批量生產，生產柔性非常重要，精鑄行業開始出現以伺服電機驅動的數字機器人和上位機控制結合的制殼自動化生產線，代表企業為國外VA TECH公司和Shell-O-Matic公司等。這類系統以條形碼為產品進行編號和記錄，與懸掛干燥線配合，可以進行面層制殼生產，可以在連續生產過程中對不同產品進行不同的工藝控制和生產記錄，保證了精鑄生產的質量穩定性和可控性。但整體價格比較高，單線采購價格過千萬，目前僅相關軍工企業和大型企業才有購買。

電動專用制殼機械手

單臂制殼機械手

助力機械手在震殼中的應用

通用伺服機器人在制殼干燥線的應用

通用伺服機器人在沾漿制殼中的應用

另外，機器人同時也應用于精鑄行業的澆注、切割及打磨工序，有些還可以針對復雜曲線的葉片進行打磨和拋光。

但目前國內熟悉精鑄行業的機器人集成商太少，大部分的應用均是國外公司，價格和服務對一般精鑄企業有一定困難。

正因為如此，直到目前為止，國內絕大多數的精密鑄造廠中仍然由人力來完成許多繁重的工作。鑄造廠中的工作環境和繁重的體力勞動早已將實現自動化生產提到了議事日程上，而采用機器人則是一個重要的解決途徑。以工業機器人及自動化為核心的智能化裝備正掀起一場裝備行業顛覆性的革命，在鑄造、金屬加工等一些極端特殊行業及繁重作業領域，以武漢中精金屬制品有限公司為代表的創新型企業，致力于工業機器人的應用開發與系統集成，在精密鑄造業掀起了一場裝備產業的升級革命，讓工業機器人無以倫比的柔性化生產優勢，在重要關鍵工序大顯神通，為企業獲取商機、贏得未來提供了可能。

通用機器人在翻轉爐澆注上應用

人工沾漿制殼

機器人沾漿制殼

機器人應用于鑄造行業可大大提高鑄件的生產效率及品質穩定性，可以有效降低工人的勞功強度和勞動技能，可以避免一些人身傷害事故和職業病產生，對業務宣傳也有積極作用。目前，國外一些有實力的大型鑄造企業已經大規模使用機器人來替代人工生產，效益顯著提高，而我國目前只有極少數的鑄造企業使用機器人。一直以來以人工為主、勞動力密集的鑄造行業，機器人的應用將是大勢所趨。特別是當前，鑄件品質的穩定性直接決定著其市場反響如何，為此鑄造廠不斷謀求加快引入自動化進程，以降低廢品率，提高生產效率。

我公司多年來一直從事精密鑄造模具和精鑄后處理設備開發。為了促進中國精密鑄造行業又好又快地實現跨越式發展，降低精鑄行業重體力工序工人勞動強度和勞動技能，我公司自2011年開始，與ABB機器人合作開展機器人在精密鑄造企業的應用工程，目前已經完成了沾漿制殼、去除毛邊飛翅、拋光打磨以及在線視頻檢測等機器人自動化項目。另外，還開發了全自動內澆口打磨機等自動化設備。

二、沾漿制殼

通過對傳統人工精密鑄造沾漿制殼生產線的智能化改造，讓工業機器人在合適的時間、工位，采用合適的動作模式，擔當合適的功能，當理想的沾漿制殼工藝確定之后，機器人將嚴格按照程序操作，使工藝達到極高的可重復性，保證了型殼質量的穩定與生產節拍的可控性；機器人還尤如大力神一般，搬運能力最大可達到500kg，臂展達到3.5m，一舉克服了勞動密集型人工操作存在的難題，將力量與精度完美結合，大幅提升了生產效率，而且能自動采集各個環節的信息，并反饋給電腦，實現與ERP等管理軟件的無縫對接。

對于一些復雜的鑄件如航空葉輪來說，其內腔形狀復雜，制殼層數多達10層，到第8層時就會變得非常沉重，可達80kg以上，傳統的人工沾漿制殼，需兩名年富力強的工人抬著操作，而且由于各種化學粘結劑、消泡劑、潤濕劑的使用，會產生大量的灰塵以及有刺激性的氣體，從而使現場的工作條件變得非常惡劣。如果每天用手工來搬運大量的如此沉重的零件，工人的勞動強度將會很高。但機器人的防護級別可以在有灰塵及有刺激性氣體的條件下24h不間斷工作，也不需要特殊的維護。

由于現代機器人均是數字化控制，同時由于電子芯片技術的應用，自動編程和自動記錄成為可能，既使多品種、小批量生產，也可以實現制殼過程取消工藝卡片，以及生產數據自動記錄等，大大簡化了生產管理和統計的工作量，使企業的現代化管理提高檔次，質量穩定性得以保證。

三、去除澆冒口飛邊、拋光打磨

近年來，在工業發達國家的鑄造廠中機器人在清理工部中的應用不斷增加，機器人正在逐步取代鑄件清理過程中的人工勞動。機器人可高效準確地去除鑄件的飛邊、毛翅，提高鑄件的標準性，并有效降低人為因素出現的質量參差不齊的現象，解決用工難、人工成本高的弊端。

1.由機器人夾持工具

該方案適合于大中型鑄件清整，其優點：一是可以從工具庫中選擇所需的工具；二是可磨削鑄件的內部表面。

其主要限制是：

（1）被磨削的鑄件表面質量直接取決于工具的堅硬程度，機器人的肘部是不允許使用堅硬工具的。

（2）機器人的標定工作速率是磨削機的一半。

（3）機器人的程序主要是在線編制而需停止生產。

（4）鑄件最大尺寸受到機器人工作范圍的限制。

2.由機器人夾持鑄件

該方案適用于有一定批量的小型鑄件。其優點：一是可以適應很復雜的幾何形狀；二是在磨削后可將鑄件直接放到發貨架上。

其主要限制是：

（1）由于機器人腕部的振動，只能提供低的速率和力量。

機器人夾持工具去毛刺打磨

（2）對于每種鑄件要有相應的手抓。

（3）對于每種新鑄件需要待機來編程。

（4）鑄件重量的增加將使機器人的工作精度降低。

四.鑄造機器人應用展望

在智能化機器人贏得質量與效率雙幅提升的同時，對于降低成本，減少用工，鑄造機器人自動化的優勢也顯露無遺。隨著年輕一代員工逐步接替老一代員工成為企業的主力軍，相比其父輩，他們在職場上展現了知識優勢，對工作環境期望值更高，但缺乏吃苦耐勞、艱苦奮斗的拼搏精神，他們更想在工作中享受樂趣，運用自己的知識來體現價值，而鑄造機器人自動化與智能化很好地迎合了時代發展的需求，顯現出極強的生命力。

值得我們關注的，與國外發達國家相比，我國每萬名操作工人中擁有機器人的數量仍十分有限，不到發達國家的1/3，國內傳統制造企業總體上仍以勞動密集型的人工作業為主，裝備智能化、自動化程度較低。而對一些處于價值鏈低端的生產企業，由于產品附加值較低，仍以粗獷的簡單勞動求得生存，無法引入相對來說較為昂貴的工業機器人，這些企業的成長及未來發展將明顯處于不利地位。因此，工業機器人與自動化的推廣與應用任重而道遠。

機器人夾持工件去毛刺打磨

企業最終贏得未來并實現可持續發展無非歸結于優秀的人才、良好的機制、優秀的管理、有競爭力的產品等軟實力要素，以及用先進制造裝備武裝的高度柔性化生產線。隨著國內產業升級步伐加快，工業機器人將以每年30%的速度遞增，預計在10年時間內，中國將大步邁進工業機器人時代。裝備制造業作為中國的基礎支柱產業，在未來中國經濟前行中將發揮著不可替代的作用。隨著全球經濟一體化程度的深入，中國鑄件總產量不斷攀升，技術持續進步，中國正在由“鑄造大國”向“鑄造強國”迅速轉變！而中國鑄造要從大國邁向強國，實現綠色鑄造、低碳鑄造目標，以工業機器人為核心的智能化與自動化裝備革新，無疑將為越來越多的鑄造企業提升競爭力，體現先進制造優勢，以及贏得市場商機提供更有力的支撐。