壓鑄合金鑄錠生產線的改造

林國新

（廣東中金嶺南設備科技有限公司，廣東 韶關 512023）

韶關冶煉廠是國內重要的鉛鋅生產基地，它的主要產品有鋅錠、鉛錠、合金產品、金錠、銀錠等。壓鑄合金是合金產品的重要組成部分，壓鑄合金的生產是基于鋅與一定量的鋁、鉛或銻等金屬在液態(tài)或固態(tài)都能完全互溶，根據用戶要求，在純鋅中配入鋁、鉛或銻等合金元素，控制在一定的溫度下攪拌均勻，按要求鑄錠成型制得。現在，通過對韶關冶煉廠壓鑄合金鑄錠生產線的改造，使設備運行安全、穩(wěn)定、可靠，減少生產員工人數，降低員工的勞動強度，提高了經濟效益。

1 鑄錠機的改進

1.1 錠模的改進

（1）材料的改進。原來錠模的材料是耐熱鑄鐵，在使用過程中，錠模的內腔易被氧化，商標在使用時間不長的情況下被腐蝕易模糊不清，鑄出來的合金錠商標不清晰、表面有麻花狀的現象，容易產生質量問題，從而使得錠模的使用周期不長，需要經常更換，增加了生產成本。現在采用的材料是RTCr-1．5，即在耐熱鑄鐵中加入適量的鉻（約1．5%～1．8%），使鑄件表面形成一層致密的CrO3氧化膜，使鑄件的耐熱性能、高溫下的抗氧化能力明顯提高，錠模的使用時間較過去提升了1/3以上，大大降低了生產成本。

（2）商標位置的變更。錠模的商標原來位于錠模的中間位置，該位置恰好位于錠模的澆鑄位置。由于長期的合金液直接沖刷，商標容易被腐蝕，導致鋅錠的商標模糊，產品的外觀質量受到影響。現將商標的位置由中間位置調整到兩邊位置，避免了這種情況的發(fā)生（見圖1）。

（3）錠模支撐邊增加厚度，提高抗擊打的能力。錠模是通過兩邊的支撐邊安裝在鏈板上的，由于有時候合金錠無法自然脫落，需要敲擊支撐邊使合金錠脫離錠模。由于長期的敲擊，敲擊的部位易產生裂紋而導致斷裂。現在增加支撐邊的厚度，由原來的15mm增加到20mm，提高了錠模的抗敲打能力，延長了錠模的使用壽命。

1.2 冷卻方式的改進

原來的冷卻方式是在鑄錠機的錠模表面上放置噴淋點，用循環(huán)水在合金錠表面噴淋直接降溫。這種冷卻方式能將合金錠迅速降溫，但是，由于這種方式會導致大量的冷卻水進入錠模，經過一定時間的使用后，錠模內腔容易產生銹跡，影響了合金錠的產品質量。經過改進，現在在上下兩層錠模之間安裝冷卻噴淋管和接水盤，冷卻水直接噴淋在錠模底部進行降溫，而合金錠表面采用霧化噴嘴進行冷卻，同時，為了避免合金錠表面產生積水，在霧化噴嘴的旁邊增加一個壓縮空氣噴嘴，及時將積水吹走，減少對錠模的影響。

1.3 澆鑄滾筒的改進

原來澆鑄滾筒的材質是304不銹鋼，合金液體澆鑄的溫度是480～550℃，304不銹鋼的理論使用溫度是-190～860℃，而304不銹鋼在450℃時有個臨界點，情況如下：304不銹鋼在450℃以上的時候，會稀釋碳周邊的鉻，從而形成碳化鉻，造成貧鉻區(qū)，性能和結構都發(fā)生了變化，降低了304不銹鋼的耐腐蝕性，從而證明304不銹鋼不適合長期在450℃以上的溫度下使用，否則容易被腐蝕。經過多種材料的使用和實驗，我們發(fā)現310S不銹鋼能比較好的適應此種工況。310S不銹鋼的最高工作溫度為1200℃，連續(xù)使用溫度在1150℃左右。310S不銹鋼具有較好的抗氧化性、耐腐蝕性，因為有較高百分比的鉻和鎳，在高溫的工況下能連續(xù)使用。

2 工業(yè)機器人的應用

壓鑄合金鑄錠生產線的主要勞動力配置在刮渣和碼垛崗位上，這兩個崗位勞動強度大，安全系數低。結合現場的實際情況，我公司與泉州市微柏工業(yè)機器人研究院有限公司聯合定制開發(fā)了刮渣機器人及碼垛機器人，部分崗位有效的替代人工，降低了員工勞動強度，提高生產安全系數，提升產品質量。

2.1 刮渣機器人

（1）工作流程。合金液體經由澆鑄滾筒澆鑄至鑄錠線上，待流經刮渣機器人所在的區(qū)域時，由刮渣機器人執(zhí)行刮渣的操作；刮渣機器人的末端刮板在切入鋅液之后，在刮渣的過程中，刮板與合金液的夾角逐漸變小，另一個方向則由刮渣機器人依靠尋跡跟進的方式提供一個跟鑄錠線一致的速度，確保刮渣的過程中平穩(wěn)進行；待刮渣機器人將鋅渣推送至模具后端時，此時，執(zhí)行上提操作，將刮板中的鋅渣撈起，以待后期的轉運甩渣的動作。

（2）機器人技術參數（如表1）。

表1

（3）刮渣裝置介紹。刮渣裝置主要由手柄、鏟柄兩部分構成。兩種鏟板的末端寬度依產品錠塊的實際寬度確認，手柄的長度在鋅合金刮渣機器人的有效行程內根據情況進行調整，鏟柄類型根據產品種類分為實心狀或網格狀。刮渣效果明顯，互換性高，與機器人兼容性高。

（4）刮渣工藝描述。刮渣工藝包含跟蹤工藝、脫模檢測、起始偏移、錠模糾偏工藝。①跟蹤工藝。機器人刮渣首先要解決機器人動態(tài)跟隨鑄錠機運行，保證鑄錠機在運動的狀態(tài)下實現刮渣動作。可采用模擬量跟蹤方式，該方式通過采集鑄錠機組變頻器的模擬量反饋給機器人系統(tǒng)，可實時測定鑄錠線生產速度。②脫模檢測。在鑄錠機生產過程中，難免出現錠模內的錠未正常脫落，導致前道工序再執(zhí)行，往往造成刮渣機器人下刮后刮板卡住變形，無法正常生產。通過檢測未鑄錠錠模狀態(tài)，可實現規(guī)避未脫落的錠模，從而保護刮板。③起始偏移。鑄錠機組錠模間距偏差或刮渣效果不佳情況下，對刮渣位置點進行簡易的數字更改，實現整體偏移。④錠模糾偏工藝。在采集模擬量信號進行跟蹤時，如果錠模歪斜，會導致機器人在執(zhí)行刮渣動作時刮板與錠模出現刮碰，從而觸發(fā)力矩保護機制。開啟模具糾偏工藝后，EtherCAT總線通訊協(xié)議，采集讀取機器人各關節(jié)的力矩數據，設定正常刮渣時關鍵軸的力矩范圍。在正常刮渣動作力矩內，按照采集信號進行跟蹤，當出現力矩超過設定范圍，機器人實時對跟蹤速度進行增量變化，以糾偏歪斜的錠模。

2.2 碼垛機器人

（1）工作流程。當合金錠經鑄錠線輸送至末端時，待平穩(wěn)落料至接錠線上時，便開始通過鏈條進行運輸；經接錠線傳輸，合金錠流經整平裝置所在區(qū)域時，下方的阻擋氣缸阻擋合金錠向前輸送，隨即兩側的整平氣缸將向內運動，將合金錠夾緊整平，整平完成后阻擋氣缸下降，合金錠繼續(xù)輸送；經過整平工序后，合金錠流經翻錠裝置所在區(qū)域，根據碼垛工藝進行翻錠操作，如不需翻面，將直接放行通過。如需要翻錠，則兩側的阻擋氣缸將進行工作，阻擋合金錠前行，同時，翻錠裝置將合金錠進行翻轉；完成前兩道工序的合金錠最后流轉至接錠線末端區(qū)域，在頂升前，兩側的整平氣缸會再次將合金錠整平，確保碼垛機器人碼垛作業(yè)，隨后，頂升氣缸將相應數量的合金錠頂起，以便等候碼垛機器人的夾取作業(yè)；合金錠運送至接錠線末端的碼垛區(qū)域時，頂升裝置將相應數量的合金錠頂起，等待碼垛機器人夾取，隨后放置碼垛在相應的區(qū)域內。

（2）機器人技術參數（如表2）。

表2

（3）翻轉裝置介紹：①支架部分采用6．3#槽鋼拼焊而成，確保整體剛性需求；②翻轉方式由步進電機配合NMRV減速機完成同步翻轉的要求；③阻擋方式采用氣缸推出用于阻斷或者放行合金錠；④在特定位置加裝有位置傳感器，用于判別當前合金錠的正反面，并依碼垛工藝要求，與翻轉裝置進行數據對接，從而完成合金錠的翻轉任務。

（4）合金錠夾爪介紹：①采用鋼板拼鎖的方式，便于安裝及維護。對鋼板的特定位置鏤空處理，在不影響整體剛性的同時還可以減輕夾爪重量；②采用氣缸帶動機械連桿，讓最終夾取的區(qū)域的運動方式為平動，可以適用于合金錠碼垛的不同工藝堆疊任務；③夾爪的夾持位置采用鋸齒狀，可以有效夾持合金錠，確保其不容易掉錠。

3 結語

本文通過對原有鑄錠生產線的不足進行了分析，并且進行了全方面的改造，同時，應用了比較先進的工業(yè)機器人，使生產線的運行安全性和使用壽命都得到了提升，減少了崗位工人的數量，提升了經濟效益，大大提升了工廠的自動化水平。