一、概述

　　鑄造是獲得機(jī)械產(chǎn)品毛坯的主要方法之一，是機(jī)械工業(yè)重要的基礎(chǔ)工藝。鋁合金鑄造中關(guān)鍵的兩道工序是鋁錠的熔煉轉(zhuǎn)運(yùn)與鋁液的澆注成形，其中對(duì)于鋁錠的熔煉轉(zhuǎn)運(yùn)目前傳統(tǒng)工藝是人工將鋁錠、料頭定期搬運(yùn)到上料小車上，再人工按按鈕確認(rèn)后進(jìn)行投料作業(yè)。在鋁錠的熔化轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，目前有兩種方式：第一種是連續(xù)式熔化爐，即熔化爐與保持爐為一體式，采用在線連續(xù)式精煉除氣作業(yè)（但沒(méi)有實(shí)現(xiàn)在線測(cè)氫作業(yè)），這類熔煉方式在大型零件如摩輪、汽輪行業(yè)的重力鑄造中比較多；第二種方式是集中式熔化，采用橋式起重機(jī)或者叉車將中轉(zhuǎn)包轉(zhuǎn)運(yùn)到保溫爐區(qū)，鋁液精煉分為在線精煉與精煉后再倒入保溫爐中兩種方式。

　　對(duì)于澆注工序，目前較多的企業(yè)采用了工業(yè)機(jī)器人或者多軸機(jī)械手來(lái)代替人工進(jìn)行澆注作業(yè)，雖然從一定程度上減輕了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，但對(duì)于復(fù)雜類零件，人工還需要負(fù)責(zé)對(duì)模具進(jìn)行下芯與清模作業(yè)，對(duì)于較重的零件，則需要雙人協(xié)助才能進(jìn)行取件，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，危險(xiǎn)性也較高。

　　綜上所述，熔煉與澆注雖然實(shí)現(xiàn)了局部的自動(dòng)化，但仍存在著大量的人工作業(yè)工序，且信息化、物聯(lián)網(wǎng)等新興的技術(shù)基本沒(méi)有得到有效的應(yīng)用，與工業(yè)4.0的新興工業(yè)模式存在著很大的差距。

　　我公司自2005年研發(fā)第一代澆注機(jī)器人以來(lái)，憑借自身豐富的鑄造經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)鑄造設(shè)備的領(lǐng)先技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年自動(dòng)化項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)累積，在鑄造領(lǐng)域的深度開(kāi)發(fā)，研制了集多項(xiàng)功能于一體的新型澆注系統(tǒng)。

　　二、現(xiàn)代熔煉技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

　　目前，在鑄造領(lǐng)域較為常見(jiàn)的兩種熔煉方式為連續(xù)式熔煉與集中式熔煉，其中連續(xù)式熔煉方式常見(jiàn)于自動(dòng)化的澆注系統(tǒng)中，工業(yè)機(jī)器人或人工直接從保持爐的爐口中進(jìn)行取鋁液，然后對(duì)鑄造設(shè)備進(jìn)行澆注作業(yè)。該方式的優(yōu)勢(shì)是無(wú)需人工進(jìn)行鋁液的轉(zhuǎn)運(yùn)，但仍需定期進(jìn)行加料與鋁液測(cè)氫兩道工序，為解決這兩個(gè)人工工序，目前已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)了自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)與在線測(cè)氫工藝。

　　自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的前提條件是需要將鋁錠或料頭先按設(shè)定的重量進(jìn)行分批放置在輸送線上，輸送線的傳遞形式為間歇式傳動(dòng)，并與熔煉爐的投料系統(tǒng)互感控制，按設(shè)定時(shí)間輸送線自動(dòng)步進(jìn)一個(gè)工位，然后通過(guò)推進(jìn)器將輸送線上的鋁錠推入到投料系統(tǒng)的小車內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)熔煉爐中的自動(dòng)投料作業(yè)。

　　對(duì)于鋁液的測(cè)氫工藝，傳統(tǒng)的是采樣測(cè)量，非自動(dòng)在線測(cè)氫，故需要安排專門(mén)的工作人員來(lái)負(fù)責(zé)此事項(xiàng)，由于是人工參與并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，故很容易存在誤測(cè)誤輸?shù)氖录l(fā)生。目前較為先進(jìn)的是自動(dòng)在線測(cè)氫工藝，該工藝檢測(cè)時(shí)利用一小股純凈氮?dú)饨?jīng)雙孔陶瓷探頭注入鋁熔液中，金屬中的氫將擴(kuò)散進(jìn)入氮?dú)馀葜校瑑x器中的循環(huán)系統(tǒng)將促使該股氮?dú)庠趦x器與鋁熔液間不斷循環(huán)流動(dòng)，儀器能連續(xù)測(cè)量氣體的組成成分并顯示出達(dá)到平衡的含量。該工藝實(shí)現(xiàn)了鋁液的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與記錄，達(dá)到了無(wú)人化系統(tǒng)自控的水平。

　　集中式熔煉常見(jiàn)于低壓鑄造領(lǐng)域，從集中爐子轉(zhuǎn)運(yùn)到單機(jī)臺(tái)的保溫爐中，基本是采用橋式起重機(jī)轉(zhuǎn)移或者叉車轉(zhuǎn)移，都需要人工進(jìn)行參與作業(yè)，由于該工序涉及到高溫作業(yè)，故存在一定的安全隱患。為改善這一傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移方式，目前較為先進(jìn)的是采用AGV小車進(jìn)行轉(zhuǎn)移（最先進(jìn)的方式是采用高溫管道輸送），小車上配置一定容量的中轉(zhuǎn)包，轉(zhuǎn)包采用電驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)模式，熔煉爐可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定量放鋁液，AGV小車根據(jù)保溫爐所給信號(hào)自動(dòng)運(yùn)行到所需爐區(qū)，運(yùn)行到位后可以與爐子處感應(yīng)器互感定位，最后自動(dòng)向敞開(kāi)式爐口傾倒鋁液，可以實(shí)現(xiàn)鋁液的無(wú)人化轉(zhuǎn)移。缺點(diǎn)是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境要求比較高，需要潔凈式工廠模式才能符合要求。

　　三、現(xiàn)代澆注技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

　　１．工業(yè)機(jī)器人在有色合金澆注環(huán)節(jié)的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　（1）重力鑄造領(lǐng)域 目前，主要是利用工業(yè)機(jī)器人替代人工進(jìn)行重力鑄造過(guò)程中鋁合金液的搬運(yùn)與澆注作業(yè)（見(jiàn)圖1），由于在重力鑄造中澆注是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其工作質(zhì)量的高低直接決定著產(chǎn)品質(zhì)量，傳統(tǒng)的人工澆注由于操作工更替頻繁及受操作工體能的限制，造成澆注工藝穩(wěn)定性差，鑄造產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)有波動(dòng)，而使用機(jī)器人澆注后，由機(jī)器人澆注管理軟件可自動(dòng)控制機(jī)器人按鑄造工藝進(jìn)行澆注，產(chǎn)品重復(fù)性一致，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量，解放了勞動(dòng)力。同時(shí)可與爐內(nèi)的鋁液檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁液的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而保證澆注鋁液的質(zhì)量符合工藝要求。

（ａ）旋轉(zhuǎn)平臺(tái)式重力鑄造單元

（ｂ）圓周式重力鑄造單元

圖1 機(jī)器人澆注

 （2）低壓鑄造領(lǐng)域 目前，已經(jīng)有工業(yè)機(jī)器人用以取件作業(yè)，模式有1對(duì)1、1對(duì)2（見(jiàn)圖２）、或1對(duì)4這三種模式，作業(yè)的模式相對(duì)簡(jiǎn)單，工序中所需的放過(guò)濾網(wǎng)、放置砂芯、打鋼號(hào)、去飛翅等工作，基本需要人工參與。

（ａ）機(jī)器人取件1對(duì)2式

（ｂ）機(jī)器人取件1對(duì)1式

圖２ 低壓鑄造

 2.工業(yè)機(jī)器人在有色合金澆注環(huán)節(jié)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）重力鑄造領(lǐng)域　 較第一代工業(yè)機(jī)器人澆注系統(tǒng)而言（僅執(zhí)行澆注工序），經(jīng)過(guò)近10年的不斷創(chuàng)新積累，目前新一代的機(jī)器人自動(dòng)化澆注系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了集下芯、清模、澆注、取件四大功能于一體的模式（見(jiàn)圖3）。該類新模式可以采用1 2島式生產(chǎn)模式或1 4直線型生產(chǎn)模式。在島式生產(chǎn)模式中，機(jī)器人通過(guò)自動(dòng)切換工裝的模式實(shí)現(xiàn)取件與澆注雙重功能，因鑄造節(jié)拍與機(jī)器人工作節(jié)拍的匹配要求，該類方式基本采用1 2模式，可以實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)人化作業(yè)要求。在直線型生產(chǎn)模式中，通常采用滑移式機(jī)器人進(jìn)行澆注作業(yè)，同時(shí)另外配置桁架機(jī)器人或機(jī)械手進(jìn)行下砂芯、取件與清模作業(yè)，人工主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的監(jiān)管即可，勞動(dòng)強(qiáng)度較低，同時(shí)采用直線型布置，物流比較順暢，只要在桁架的一端負(fù)責(zé)上下件即可。隨著人口紅利的消失，在“國(guó)家工業(yè)2025”的大背景下，新一代的澆注模式將會(huì)越來(lái)越被推廣。

圖3 重力鑄造生產(chǎn)線：機(jī)器人下芯、清模、澆注、取件

　?。?）低壓鑄造領(lǐng)域  隨著新生代勞動(dòng)力對(duì)工作環(huán)境的要求提高，企業(yè)自身對(duì)設(shè)備自動(dòng)化要求的改進(jìn)，單一的機(jī)械手自動(dòng)取件功能已經(jīng)滿足不了企業(yè)對(duì)通過(guò)技改達(dá)到減員增效的目的。我公司結(jié)合多年的自動(dòng)化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，目前已經(jīng)在輪轂低壓機(jī)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了利用六軸工業(yè)機(jī)器人放置濾網(wǎng)、打鋼號(hào)、取件三大功能，使得一個(gè)操作工可以輕松地監(jiān)管6～8臺(tái)低壓鑄造機(jī)，較目前傳統(tǒng)的1人2機(jī)模式，人工效率提高了3倍，且勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度降低。在其他低壓鑄造領(lǐng)域，現(xiàn)也實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)進(jìn)行下砂芯、自動(dòng)抓取產(chǎn)品進(jìn)行打標(biāo)、震砂等輔助作業(yè)，使人工的勞動(dòng)強(qiáng)度由傳統(tǒng)的鑄造工變成了如今的設(shè)備工藝監(jiān)管員。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　當(dāng)今社會(huì)，工業(yè)4.0模式已經(jīng)在工業(yè)界被廣泛流轉(zhuǎn)，如何抓住機(jī)遇，在新一輪工業(yè)革命中通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、發(fā)展自我已成為眾多自動(dòng)化制造商共同的課題。鑄造行業(yè)作為國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，一直存在著高能耗、高污染、高粉塵等問(wèn)題，將傳統(tǒng)鑄造發(fā)展成為綠色鑄造、清潔化生產(chǎn)、低耗高產(chǎn)模式是我們這一代人所要面臨的任務(wù)。

　　“機(jī)器換人”的全面推廣，“智慧工廠”的破土而出，使得工業(yè)機(jī)器人在鑄造生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)中有了更大的用武之地。因此提高鑄造業(yè)自動(dòng)化水平，加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人在鑄造業(yè)中的深層次應(yīng)用，從而降低生產(chǎn)成本，增大企業(yè)效益，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的和諧發(fā)展，已成為我們的重要使命。

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