淺談壓力鑄造的全自動化生產

（共享智能鑄造產業創新中心有限公司，寧夏 銀川 750021）

1 傳統壓力鑄造生產流程

壓力鑄造（壓鑄）是在高壓作用下，使液態或半液態金屬以較高的速度充填壓鑄型型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。

傳統壓鑄生產中，操作人員把原材料加入到壓鑄機中，壓鑄機融化后壓鑄成產品，人工再從壓鑄機取出產品，放入料框；切邊機操作人員從壓鑄工序取料框，人工從料框中拿取產品放到切邊機進行切邊，再從切邊機取出產品，放入料框；加工機床操作人員從切邊工序取料框，人工從料框中拿取產品放到加工機床進行加工。

傳統壓力鑄造涉及到的設備只有壓鑄機、切邊機、加工機床三種，其中壓鑄機的加料、取件，切邊機的上件、下件，加工機床的上件、下件，都是依靠人來完成，首先其危險性高，壓力鑄造涉及到金屬熔化和高速壓射成形過程，周邊有操作人員，容易造成安全事故；其次是勞動強度大，員工在高溫、高噪音環境中工作，使得工作崗位的從業愿望差；第三是產品質量不穩定，各個工序都是由人工操作來完成，沒有連鎖及控制，造成各批次產品質量參差不齊；第四是效率低，壓鑄機本身節拍非常快，但由于人工取件跟不上壓鑄節拍，造成效率低下。

2 壓力鑄造的全自動生產

本文介紹的全自動化生產線主要是為了克服傳統生產線中危險性大，勞動強度高，質量不穩定，效率低的問題。壓力鑄造的全自動化生產流程如圖1，包括料框、機械手1、壓鑄機、機械手2、冷卻臺、機械手3、切邊機、機械手4、中轉倉、機械手5、加工中心1、機械手6、加工中心2、成品倉等部分，能夠實現壓力鑄造的全流程自動化生產，原先需要3～4個人的工作，現在只需要1 個人即可完成。

料框用于存儲原材料；機械手1 是把料框中的原材料或者切邊機切下的水口披縫加入到壓鑄機的熔化爐中；壓鑄機是把原材料熔化后壓鑄成零件；機械手2 是把壓鑄機上的零件取下來放到冷卻臺；冷卻臺是冷卻壓鑄機出來的零件；機械手3 是把冷卻好的零件放到切邊機上；切邊機是沖切零件的澆道冒口；機械手4 是把切邊機上的零件取下來放到中轉倉或者給機械手5；中轉倉是緩存切邊后加工前的半成品零件；機械手5 是從機械手4 或者中轉倉拿取待加工零件送給加工中心1 或者機械手6，再從加工中心1 拿取一次加工完的零件送給機械手6；加工中心1 是對零件進行一次加工；機械手6 是從機械手5 中拿取代加工零件或者一次加工完的零件，放到加工中心2 或者成品倉，再從加工中心2 拿取一次加工完或者二次加工完的零件放到成品倉；加工中心2 是對零件進行一次加工或者二次加工；成品倉是存儲成品零件。

壓力鑄造的全自動化生產流程是：加料→壓鑄→冷卻→切邊→緩存→加工→存儲。

2.1 系統的工作流程

當零件只需要一次加工時：機械手1 把料框中的原材料或者切邊機切下的水口披縫加入到壓鑄機的熔爐中，壓鑄機把原材料熔化后壓鑄成零件，機械手2 把壓鑄機上的零件取下來放到冷卻臺，冷卻后由機械手3 把零件放到切邊機上，沖切澆道冒口，機械手4 把切邊機上的零件取上，當機械手5的取件工位沒有零件時，則機械手4 把零件放入機械手5 的取件工位，當機械手5 的取件工位有零件時，則機械手4 把零件放入中轉倉，機械手5 優先從取件工位取件，當取件工位沒有零件時，則從中轉倉取件，放入加工中心1，加工中心1 加工的同時，機械手5 再從取件工位或者中轉倉取件放入機械手6 的取件工位，機械手6 取件后放入加工中心2，加工中心1 加工完的零件由機械手5 抓取后放入機械手6 的取件工位，機械手6 抓取后放入成平倉，加工中心2 加工完的零件由機械手6 抓取后放入成平倉。

當零件需要二次加工時：前序流程與一次加工的流程一致，直到機械手5 從取件工位或者中轉倉取件放到加工中心1 后，等加工中心1 一次加工完成，機械手5 從加工中心1 取件，翻轉后放入機械手6 的取件工位，機械手6 取件后放入加工中心2，加工中心2 二次加工完的零件由機械手6 抓取后放入成平倉。

2.2 技術特點

1）當壓鑄機的金屬液位下降到下限位時，缺料信號觸發，當水口披縫計數器觸發加料信號時，機械手1 優先抓取切邊工序的水口披縫料框給壓鑄機加料，當水口披縫計數器沒有觸發加料信號時，機械手1 抓取原材料送給壓鑄機，原材料加料時必須逐步加料，不可一次把整塊原材料都放入熔煉爐，因為壓鑄工序對金屬液的溫度有嚴格控制，整塊原材料一次加入會導致金屬液溫度過低，觸發報警，壓鑄機會停機等待金屬液溫度上升，從而影響生產效率；

圖1 壓力鑄造全自動化生產

2）機械手1 抓取原材料時系統自動計數，當原材料數量為零時，系統報警，人工移走料框進行加料，加料完成后人工把料框放到原來位置，并按下加料完成按鈕，系統自動清零原材料計數器，重新抓取并計數，原材料規格必須統一，因為機械手1的夾具是固定的，原材料在料框中的放置位置和料框相對于機械手1 的位置必須準確定位，因為機械手1 是根據系統設定的坐標固定的抓取原材料；

3）機械手2 從壓鑄機抓取零件時夾取的是水口，因為不同零件的水口形狀都是一樣的，以便機械手2 的夾具能固定；

4）冷卻臺的作用是為了把壓鑄后的零件冷卻到常溫再進行切邊，因為切邊機模具精度較高，高溫下零件處于膨脹狀態，尺寸超差，容易把模具損壞，必須把零件冷卻到常溫，才能進行切邊，冷卻臺放件的工位是多層旋轉結構，由驅動機構驅動，能夠精確定位，以便機械手2 放下后機械手3 能順利抓取，冷卻系統采用的風冷；

5）機械手3 的夾具和機械手2 的夾具相同，也是夾取零件的水口，以便機械手3 的夾具也能固定；

6）切邊機沖切水口披縫的同時會進行計數，水口披縫自動下落進入料框中存儲，當計數器達到預定設置的數量時，計數器觸發加料信號；

7）機械手4、機械手5、機械手6 夾取的都是零件，這三個機械手的夾具需要根據不同產品設計不同夾具，底座上都配置有三個夾具工位，根據系統排產順序，人工預先把要生產的產品夾具放置到夾具工位，由機械手自動更換夾具；

8）中轉倉和成品倉是相同設備，但起的作用不同，中轉倉的作用是為了調節壓鑄節拍和加工節拍不匹配問題，當壓鑄節拍比加工節拍快，則把一部分產品存入中轉倉，當壓鑄節拍比加工節拍慢，則把一部分中轉倉的產品取出加工，成品倉的作用是為了存儲加工后的成品零件；

9）加工中心1 和加工中心2 是相同的設備，設置多臺的主要目的是為了匹配壓鑄機節拍，根據不同零件的復雜程度，一臺壓鑄機可能配置一臺或者多臺加工中心。

10）機械手6 給成品倉放零件的同時進行計數，當計數器達到預設的數量時，滿倉信號觸發，人工轉移滿料框到其他地方，并放入空料框，按下放框完成按鈕，系統自動清零計數器，重新放件并計數。

2.3 局限性

此項目從運行到現在已經有兩年時間，主要發現的問題有：

1）壓鑄機單機自動化：壓鑄機從原材料熔化到壓鑄的穩定性還需要提高；

2）壓鑄與加工節拍匹配問題：不同產品加工時間差別較大，平均加工時間較長，兩臺加工中心效率無法滿足；

3）產品的切換：項目策劃可以實現多種產品的一鍵切換，目前使用效果還不是太好，需要人工干預，切換調試時間較長。

3 結論

本文所闡述的全自動化生產流程，已經經過實際項目的驗證，使用效果較好，利用料框、機械手、冷卻臺、中轉倉、成品倉等與壓鑄機、切邊機、加工中心的相互配合，達到從原材料到成品零件的全自動化生產，解決了目前遇到的危險性大，勞動強度高，質量不穩定，效率低等問題。