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(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

精密鑄造行業(yè)是一個相對勞動密集和技術(shù)密集的行業(yè)，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(huán)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(yīng)用在國外已有30年。

最早出現(xiàn)的機械手是液壓、氣動或電驅(qū)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(chǎn)大部分企業(yè)面臨多品種、小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)柔性非常重要，精鑄行業(yè)開始出現(xiàn)以伺服電機驅(qū)動的數(shù)字機器人和上位機控制結(jié)合的制殼自動化生產(chǎn)線，代表企業(yè)為國外VA TECH公司和Shell-O-Matic公司等。這類系統(tǒng)以條形碼為產(chǎn)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(chǎn)，可以在連續(xù)生產(chǎn)過程中對不同產(chǎn)品進行不同的工藝控制和生產(chǎn)記錄，保證了精鑄生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)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(guān)軍工企業(yè)和大型企業(yè)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(yīng)用

通用伺服機器人在制殼干燥線的應(yīng)用

通用伺服機器人在沾漿制殼中的應(yīng)用

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

但目前國內(nèi)熟悉精鑄行業(yè)的機器人集成商太少，大部分的應(yīng)用均是國外公司，價格和服務(wù)對一般精鑄企業(yè)有一定困難。

正因為如此，直到目前為止，國內(nèi)絕大多數(shù)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(huán)境和繁重的體力勞動早已將實現(xiàn)自動化生產(chǎn)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(yè)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(yè)顛覆性的革命，在鑄造、金屬加工等一些極端特殊行業(yè)及繁重作業(yè)領(lǐng)域，以武漢中精金屬制品有限公司為代表的創(chuàng)新型企業(yè)，致力于工業(yè)機器人的應(yīng)用開發(fā)與系統(tǒng)集成，在精密鑄造業(yè)掀起了一場裝備產(chǎn)業(yè)的升級革命，讓工業(yè)機器人無以倫比的柔性化生產(chǎn)優(yōu)勢，在重要關(guān)鍵工序大顯神通，為企業(yè)獲取商機、贏得未來提供了可能。

通用機器人在翻轉(zhuǎn)爐澆注上應(yīng)用

人工沾漿制殼

機器人沾漿制殼

機器人應(yīng)用于鑄造行業(yè)可大大提高鑄件的生產(chǎn)效率及品質(zhì)穩(wěn)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(yè)病產(chǎn)生，對業(yè)務(wù)宣傳也有積極作用。目前，國外一些有實力的大型鑄造企業(yè)已經(jīng)大規(guī)模使用機器人來替代人工生產(chǎn)，效益顯著提高，而我國目前只有極少數(shù)的鑄造企業(yè)使用機器人。一直以來以人工為主、勞動力密集的鑄造行業(yè)，機器人的應(yīng)用將是大勢所趨。特別是當(dāng)前，鑄件品質(zhì)的穩(wěn)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(chǎn)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(shè)備開發(fā)。為了促進中國精密鑄造行業(yè)又好又快地實現(xiàn)跨越式發(fā)展，降低精鑄行業(yè)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(yè)的應(yīng)用工程，目前已經(jīng)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(fā)了全自動內(nèi)澆口打磨機等自動化設(shè)備。

二、沾漿制殼

通過對傳統(tǒng)人工精密鑄造沾漿制殼生產(chǎn)線的智能化改造，讓工業(yè)機器人在合適的時間、工位，采用合適的動作模式，擔(dān)當(dāng)合適的功能，當(dāng)理想的沾漿制殼工藝確定之后，機器人將嚴(yán)格按照程序操作，使工藝達到極高的可重復(fù)性，保證了型殼質(zhì)量的穩(wěn)定與生產(chǎn)節(jié)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(jié)合，大幅提升了生產(chǎn)效率，而且能自動采集各個環(huán)節(jié)的信息，并反饋給電腦，實現(xiàn)與ERP等管理軟件的無縫對接。

對于一些復(fù)雜的鑄件如航空葉輪來說，其內(nèi)腔形狀復(fù)雜，制殼層數(shù)多達10層，到第8層時就會變得非常沉重，可達80kg以上，傳統(tǒng)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(xué)粘結(jié)劑、消泡劑、潤濕劑的使用，會產(chǎn)生大量的灰塵以及有刺激性的氣體，從而使現(xiàn)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(xiàn)代機器人均是數(shù)字化控制，同時由于電子芯片技術(shù)的應(yīng)用，自動編程和自動記錄成為可能，既使多品種、小批量生產(chǎn)，也可以實現(xiàn)制殼過程取消工藝卡片，以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動記錄等，大大簡化了生產(chǎn)管理和統(tǒng)計的工作量，使企業(yè)的現(xiàn)代化管理提高檔次，質(zhì)量穩(wěn)定性得以保證。

三、去除澆冒口飛邊、拋光打磨

近年來，在工業(yè)發(fā)達國家的鑄造廠中機器人在清理工部中的應(yīng)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(zhǔn)確地去除鑄件的飛邊、毛翅，提高鑄件的標(biāo)準(zhǔn)性，并有效降低人為因素出現(xiàn)的質(zhì)量參差不齊的現(xiàn)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(yōu)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(nèi)部表面。

其主要限制是：

（1）被磨削的鑄件表面質(zhì)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(biāo)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(chǎn)。

（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(yōu)點：一是可以適應(yīng)很復(fù)雜的幾何形狀；二是在磨削后可將鑄件直接放到發(fā)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(yīng)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(yīng)用展望

在智能化機器人贏得質(zhì)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(yōu)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(yè)的主力軍，相比其父輩，他們在職場上展現(xiàn)了知識優(yōu)勢，對工作環(huán)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(xiàn)價值，而鑄造機器人自動化與智能化很好地迎合了時代發(fā)展的需求，顯現(xiàn)出極強的生命力。

值得我們關(guān)注的，與國外發(fā)達國家相比，我國每萬名操作工人中擁有機器人的數(shù)量仍十分有限，不到發(fā)達國家的1/3，國內(nèi)傳統(tǒng)制造企業(yè)總體上仍以勞動密集型的人工作業(yè)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(chǎn)企業(yè)，由于產(chǎn)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(yè)機器人，這些企業(yè)的成長及未來發(fā)展將明顯處于不利地位。因此，工業(yè)機器人與自動化的推廣與應(yīng)用任重而道遠(yuǎn)。

機器人夾持工件去毛刺打磨

企業(yè)最終贏得未來并實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展無非歸結(jié)于優(yōu)秀的人才、良好的機制、優(yōu)秀的管理、有競爭力的產(chǎn)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(chǎn)線。隨著國內(nèi)產(chǎn)業(yè)升級步伐加快，工業(yè)機器人將以每年30%的速度遞增，預(yù)計在10年時間內(nèi)，中國將大步邁進工業(yè)機器人時代。裝備制造業(yè)作為中國的基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)，在未來中國經(jīng)濟前行中將發(fā)揮著不可替代的作用。隨著全球經(jīng)濟一體化程度的深入，中國鑄件總產(chǎn)量不斷攀升，技術(shù)持續(xù)進步，中國正在由“鑄造大國”向“鑄造強國”迅速轉(zhuǎn)變！而中國鑄造要從大國邁向強國，實現(xiàn)綠色鑄造、低碳鑄造目標(biāo)，以工業(yè)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(yè)提升競爭力，體現(xiàn)先進制造優(yōu)勢，以及贏得市場商機提供更有力的支撐。