鑄件全自動內腔噴丸設備的研制及應用

王 志，齊亞平，鮑玉娟，顧思惠，丁超豪，劉慶義

（1.濰柴動力股份有限公司，山東濰坊 261001；2.濰柴（安丘）材料成型有限公司，山東濰坊 262100）

0 前言

噴丸是指采用壓縮空氣將丸料加速，通過丸料高速撞擊工件表面來清理涂料殘留、氧化皮、雜質等的一種方法[1]，針對內腔清理，一般采用手持設備為主。采用手持式噴丸方式進行內腔處理，鑄件內腔質量有所改善[2]，但噴丸位置與時間難以精確控制，內腔質量一致性差，存在未清理干凈及噴丸過度導致損傷的情況。此外，操作者必須身穿防護服，行動不靈活，工作效率低，勞動強度大，尤其是清理中小型鑄件，清理過程需要對工件多次翻轉，容易對人身造成傷害，無法形成批量生產模式，不適合自動化流水線生產。

我公司研發設計的自動噴丸系統是根據鑄件各個孔及內部型腔的清理要求及特點而專門設計的機器人連續加壓式噴丸系統，其自動化程度高，柔性強，工件適應范圍廣，效率高，質量穩定性好。

1 工作原理及流程

該自動噴丸系統采用底部螺旋輸送砂料進入提升機，經提升機輸送到振動篩，過濾掉大塊雜物和摻雜在砂料里的細微粉塵，較大塊雜物及細微粉塵由振動篩第一層及第二層篩分后落入積灰斗內存儲。可用的砂料流入料倉，再由料倉流入噴丸發生系統。經噴丸發生系統的砂管噴槍噴出，以此循環。

該自動噴丸系統主要由噴丸室、機器人、進出料輸送線、回砂系統、噴丸發生系統、電控系統和除塵系統等幾個部分組成，如圖1 所示。

圖1 自動噴丸設備結構圖

1.1 噴丸室

主要由室體、兩種規格的噴槍、裝夾定位裝置、照明等組成。根據工件表面孔的大小和形狀，選擇不同規格的噴槍進行噴丸，噴丸流量可以根據工件噴丸情況進行自動反饋調節。噴丸室體采用優質冷軋鋼板和結構型鋼焊接而成，為雙層結構，外層4mm 鋼板、內層2mm 鋼板。室體所有拐角處均圓弧過渡，有足夠的強度，整體美觀。噴丸室體內壁固定有10mm 厚耐磨保護層，用于保護室體不被高速飛濺的丸料損壞，并能有效降低噪音。噴丸室有檢修門和觀察門，方便在噴丸過程中觀察機器人動作和噴丸過程及設備檢修，頂部設照明裝置。

1.2 機器人

機器人主要負責對工件的6 個面進行噴丸作業，機器人的定位精度0.10mm，具有斷氣、斷電、防碰撞等安全防護功能。機器人整個手臂設有防護衣服，此套防護衣服保證機器人在噴丸過程中不被丸料濺射到，延長機器人使用壽命。本系統采用機器人抓取鑄件的方式，噴槍固定不動，通過機器人抓取鑄件移動至噴槍位置進行噴丸，與機器人抓取噴槍相比，可以實現鑄件的倒丸功能，有效降低鑄件內腔中丸料的殘留。

1.3 進出料輸送線

進出料輸送線機構為伺服電機模組驅動，模組上安裝固定板以安放工件。設有光感檢測，識別工件放置的位置及狀態是否正確。最初設計進出料輸送線為一條，如圖2a 所示，待噴丸完成鑄件下線后，再進行第二件鑄件的上料。該方案相對更節省空間，但上下料需要占用一定的節拍，影響設備的工作效率。后經改進后，將進出料輸送機構分開，如圖2b 所示，噴丸過程中即可進行下一個工件的上料，上下料不占用噴丸設備工作節拍，提高了效率。

圖2 進出料輸送機構

1.4 回砂系統

回砂系統由提升機、推料螺旋、振動篩構成。提升機上部分和下部分分別安裝有皮帶輪轂，提升機皮帶連接在上、下輪轂之間，布有一定數量的挖丸斗，用于將由推料螺旋推來的丸料提升到振動篩篩分。提升機下部分輪轂配有旋轉檢測裝置，檢測到提升機下輪轂不旋轉時，停機報警，防止減速機因鋼丸堵塞造成提升機減速機過載。推料螺旋位于噴丸室底部。推料螺旋上方鋪設沖孔板，方便丸料流入到螺旋中。推料螺旋配置旋轉檢測裝置，檢測到螺旋不旋轉時，停機報警，防止減速機因鋼丸堵塞造成減速機過載。振動篩篩分速度為30kg/min，篩分效率為99%，上層篩網篩分0.6mm以上的大顆粒，下層篩網篩分0.3mm 以下的小顆粒。

1.5 噴丸發生系統

由兩個壓力罐組成，采用先進的桃型設計，增加丸料的流動性。自動換壓，可實現連續不間斷噴丸的功能。帶有噴槍流量自動報警系統，當噴丸過程中無丸料噴射時，系統自動報警，并停機，提醒工作人員檢查故障。

1.6 除塵系統

除塵系統采用濾筒式，配置12 只唐納森濾芯，可提供252m2過濾面積。除塵器對0.1～0.5μm尺寸的粉塵微粒有99.9%以上的收集效率。除塵器具有空氣清潔系統，回收的粉塵經過除塵器清潔系統過濾后，經過除塵器收集的空氣通過排風口排放，排放空氣粉塵濃度≤5mg/m3。

1.7 電控系統

電控系統主要由電源部分、控制部分組成，電源部分包含：主開關、保護開關、接觸器等；控制部分包含：動力啟動單元、安全控制回路、操作面板控制部分、通信網絡和PLC 等。操作者通過操作面板控制部分進行設備的操作。

操作面板控制部分包括操作面板及人機界面，操作面板主要由旋鈕、按鈕和指示燈組成，可通過手動/自動模式來操作設備各部分動作。通過人機界面，操作者可以方便的設置設備的生產參數，如噴丸壓力、機械手參數并了解存儲設備運行的各類信息。

2 小結

本公司研發的鑄件全自動內腔噴丸系統具有高度的柔性，可根據鑄件的特點編程實現內腔的全自動噴丸，該系統采用機器人抓取鑄件、噴槍固定式，可以實現倒丸功能，降低內腔鋼丸的殘留。同時改進了進出料輸送機構，進料與出料完全分開，節省了上下料時間，提升了設備工作效率。