姚積敏, 趙懷明,計 威

（1.寧波全力機械模具有限公司，浙江寧波 315700; 2.中國重汽（香港）有限公司濟南鑄鍛中心，山東章丘 250200）

曲軸箱自動制芯取芯工藝改進

姚積敏1, 趙懷明2,計 威1

（1.寧波全力機械模具有限公司，浙江寧波 315700; 2.中國重汽（香港）有限公司濟南鑄鍛中心，山東章丘 250200）

針對曲軸箱鑄造生產(chǎn)，從單臺冷芯機制芯、手工取芯和簡易吊具取芯及制芯中心冷芯機制芯，機器人全自動取芯、組芯的模具夾具進行了分析比較，制芯中心冷芯盒模具、機器人全自動取芯組芯夾具能完全滿足鑄造企業(yè)進行大批量生產(chǎn)發(fā)動機曲軸箱鑄件的需要和技術(shù)要求，并能提升產(chǎn)品的質(zhì)量、尺寸精度及減輕勞動強度。

曲軸箱；制芯模具；自動取芯；夾具

近幾年來我國汽車業(yè)快速發(fā)展，重型汽車的發(fā)展和質(zhì)量提升標(biāo)志著中國商用汽車行業(yè)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求和制造水平在提高。曲軸箱鑄件是重型汽車發(fā)動機的主要部件之一，從過去的年產(chǎn)量幾萬臺到現(xiàn)在年產(chǎn)量20萬～30萬臺以上，這就要求模具、夾具的結(jié)構(gòu)和制芯方式都能適應(yīng)發(fā)動機鑄造企業(yè)進行自動化大批量生產(chǎn)鑄件的技術(shù)要求。為此，我們對曲軸箱制芯中心的模具和坭芯取芯方式進行了大膽的創(chuàng)新，采用機器人取芯，機器人的取芯夾具在制芯中心A機、B機上都能使用，二臺制芯中心冷芯機共用一套機器人取芯夾具。夾具采用4只磁性氣缸，4只磁性擺動氣缸，32套梯形直線導(dǎo)軌軸承，1套德國進口的電子轉(zhuǎn)盤跟ABB機器人連接，利用接近開關(guān)信號傳輸和快換電子盤模塊共同來控制夾具的夾緊、放松、單個旋轉(zhuǎn)等各個動作。此夾具結(jié)構(gòu)在國內(nèi)著名重型汽車鑄造企業(yè)得到驗證，效果良好。

1　單臺冷芯機制芯采用手工取芯和簡易吊具取芯結(jié)構(gòu)工藝分析

1.1?模具、夾具的選用材料

單臺冷芯機制芯的芯盒模具通常用HT250材料制作，取芯時有的用手工取芯，有的用簡易吊具取芯，此簡易吊具一般用方管來焊接制作。目前，對長期生產(chǎn)發(fā)動機鑄件的鑄造企業(yè)來說，由于產(chǎn)量都很大，鑄造工藝及技術(shù)都已比較成熟，在大批量生產(chǎn)中，都采用制芯中心生產(chǎn)、機器人取芯組芯，一步到位。

1.2?單臺冷芯機制芯的芯盒模具及手工取芯和簡易取芯吊具的結(jié)構(gòu)特點

單臺冷芯機制芯的芯盒模具一般1模出2芯，通常為手工取芯和簡易吊具取芯，取出的坭芯手工放置存芯架上。模具一般由上芯盒、下芯盒、左/右側(cè)模、下頂芯機構(gòu)、模架、射砂板、上頂板、吹氣板等組成（見圖1），簡易取芯吊具一般為60×40×3（mm）方管焊接，單邊能活動鎖緊，底部兩側(cè)有夾緊定位裝置（見圖2）。

1.3單臺冷芯機制芯的冷芯盒模具及手工取芯和簡易取芯吊具的優(yōu)缺點

優(yōu)點：此冷芯盒模具及簡易取芯夾具在產(chǎn)品批量少時比較適合，設(shè)備及工裝裝備投資比較少，夾具、模具設(shè)計也相對比較簡單，制出的坭芯如有較小缺陷還可以人工修補，模具制作費用也不高。夾具也不需要通用，也不需要信號控制及較復(fù)雜機構(gòu)，一臺冷芯機一套夾具就行。

缺點有以下幾方面：?①因為是單機生產(chǎn)，八個坭芯組合成一組曲軸箱主體芯，需二臺冷芯機制芯各制二次才能組成一個芯組，整體來說制芯速度不快，無法跟上靜壓造型線每小時70箱的節(jié)拍，制約產(chǎn)量提高；?②各坭芯用簡易吊具一個一個取芯，再人工組芯，會造成二次組芯誤差，在理論上講每一個芯組都有偏差，造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；?③生產(chǎn)工人勞動強度大，生產(chǎn)環(huán)境很難提升到理想的目標(biāo)。

圖1　曲軸箱主體芯單機冷芯盒模具示意圖

圖2　曲軸箱主體芯簡易取芯吊具示意圖

2　冷芯機制芯模具、機器人全自動取芯組芯夾具工藝分析

2.1模具、夾具主要部件材料選用?（表1）

表1　模具、夾具主要部件材料

2.2冷芯盒模具、機器人取芯夾具的結(jié)構(gòu)特點

制芯中心的冷芯機分為A機、B機2臺設(shè)備，在2臺設(shè)備中間放一臺機器人。把A冷芯機上的四個坭芯和B冷芯機上四個坭芯分別用機器人夾具取芯至輥道托盤上組合。

⑴?冷芯盒模具有底框、下頂板、下芯盒、上芯盒、吹氣板、上頂板、射砂板等組成。吹氣板與上頂板組合成一起，用彈簧控制上頂板的高度尺寸來保證射口位置的坭芯尺寸，上頂桿通過吹氣板中設(shè)置O型密封圈來保證三乙胺氣體不往外滲漏，以保證制芯車間環(huán)境的良好（見圖3）；?⑵?模具的型腔采用H13模具鋼制作、每一套芯盒有四個型腔組成，每個型腔為單一鑲塊，用鍵定位，四個型腔全部裝配后整體加工以達到技術(shù)要求的尺寸準(zhǔn)確性；?⑶?下頂板有四根吊桿控制下頂桿高度尺寸，吊桿設(shè)有導(dǎo)向套，當(dāng)設(shè)備下頂芯啟動后頂芯板平穩(wěn)往上頂，頂出四個型腔中的砂芯；⑷?芯盒中的排氣塞布置是非常關(guān)鍵的，制芯中心的模具在操作過程是全自動封閉式的，這就要求模具的尺寸、材料硬度、排氣、進氣的比例都應(yīng)非常準(zhǔn)確，制出的坭芯要非常飽滿，有微小缺陷都直接反映在鑄件產(chǎn)品上形成報廢。在整個制芯組芯過程中是全自動封閉式的，人工無法去修補，只能把整條制芯線停下來才能修改，這大大影響生產(chǎn)效率（見圖4）；⑸?機器人取芯夾具采用整體方管焊接成四方形框架，在框架上焊接夾頭的支架及氣缸的固定板，夾具上有4只磁性氣缸、4只擺動氣缸、1套德國雄克公司的電子轉(zhuǎn)盤全部進口以保障在20萬次以上不出現(xiàn)故障，夾具中使用了國內(nèi)合資的32套梯形直線導(dǎo)軌軸承來輔助氣缸運動的穩(wěn)定性；⑹?夾具的工作流程：當(dāng)制芯中心A機制芯完成后，下芯盒退出至頂芯工位后頂出坭芯，機器人夾具馬上運動至A機上取芯，機器人夾具根據(jù)設(shè)置好的PC系統(tǒng)信號一次夾起四個坭芯，迅速移動到輥道的組芯胎具上部，第一個擺動氣缸翻轉(zhuǎn)1#坭芯成垂直再放置，緊跟著第二個擺動氣缸翻轉(zhuǎn)2#坭芯成垂直移動到1#芯配合后再放置，依次類推，單一工位四個坭芯組合必須要求在45?s左右完成，因為B機上的制芯在50秒內(nèi)能完成。機器人夾具組好A模機坭芯后迅速移至B模機上取芯再在托盤組合，反復(fù)運動此動作，以保證靜壓線的生產(chǎn)能力（見圖5）。

圖3　?制芯中心A模、B模?冷芯盒示意

圖4　　制芯中心A模、B模冷芯盒頂芯后三維坭芯示意圖

圖5　機器人取芯夾具工作模擬圖

2.3制芯中心冷芯盒模具、機器人取芯夾具優(yōu)點

優(yōu)點：①制芯中心冷芯盒模具尺寸準(zhǔn)確，公差可以保持0～-0.05?mm，完全滿足曲軸箱鑄件的國內(nèi)外尺寸公差接收標(biāo)準(zhǔn)要求。型腔為H13鋼鑲塊結(jié)構(gòu)，加工中心一次加工到位，保證了型腔尺寸及定位銷、套孔的中心距尺寸及公差要求。制出的坭芯光潔飽滿，沒有披鋒；②模具材料H13鋼進行熱處理至36～39HRC，使用壽命在20萬次以上，型腔為鑲塊結(jié)構(gòu)給模具維護帶來了方便。模具結(jié)構(gòu)緊湊，定位準(zhǔn)確，使用壽命增長；③制芯時間在50?s完成整個工序，比單機生產(chǎn)快了三、四倍。制芯中心密封良好，設(shè)備精良（一般情況下制芯設(shè)備都是德國Laempe的Hottinger、西班牙Loramendi?、意大利FA等）；④機器人取芯夾具一次能取四芯，速度快，組合精確，節(jié)約空間，故障率低，自動化程度高（見圖6、圖7）；⑤提高效能、降低勞動強度及廢品率，給企業(yè)帶來更多社會效益和利潤。

圖6　機器人取芯夾具

圖7　八個坭芯組合后的三維圖片

3　機器人取芯夾具有待改進的空間

機器人取芯夾具根據(jù)鑄造企業(yè)的實際情況來決定夾具進口配件的供應(yīng)商，電子轉(zhuǎn)盤在全球只有幾家公司在生產(chǎn)，質(zhì)量都可以，價格昂貴。日本產(chǎn)氣缸更換成歐美氣缸，日本產(chǎn)擺動氣缸更換為歐洲產(chǎn)的伺服電機，這樣更能準(zhǔn)確控制夾具的轉(zhuǎn)動角度。夾具的制作費用需比原來的有所增加。

進口配件的供貨時間比較長，少則一個月，長則多達60～90天，此類配件都需提前采購。

4　結(jié)論

⑴隨著我國發(fā)動機缸體曲軸箱自動化鑄造水平及產(chǎn)量的提高，采用傳統(tǒng)的單機冷芯機生產(chǎn)人工取芯組芯已無法適應(yīng)現(xiàn)在高質(zhì)量、高精度、大批量生產(chǎn)鑄件的技術(shù)要求。制芯中心冷芯盒模具、機器人取芯夾具完全能達到此要求。

⑵機器人取芯夾具、制芯中心冷芯盒模具制芯時間短、運行平穩(wěn)、可靠，組芯精確，是最適合目前大批量生產(chǎn)曲軸箱鑄件的工裝裝備。

⑶降低工人的勞動強度，制芯的環(huán)境也能得到改善，節(jié)約了生產(chǎn)場地，生產(chǎn)效益也大幅提高，企業(yè)形象及利潤也進一步提高。

[1] 姚吉敏，大型機體缸筒芯制芯模具的改進[J]. 中國鑄造裝備與技術(shù),2009(6) .

[2] 砂芯轉(zhuǎn)運浸涂夾具[P].中國.實用新型專利.2012201614948. 2012.04.17.

Improvement of The Automatic Core Picking for Crankcase

YAO?JiMin1，?ZHAO?HuaiMing2，?JI?Wei1
（1.?Ningbo?Quanli?Mechanical-Mould?Co.，?Ltd.，Ningbo?315700，Zhejiang，China；2.Sinotruk（Hong?Kong）Co.，?Ltd.，Jinan?Casting-?forging?Centre，?Zhangqiu?250200.Shandong，China）

As?to?the?production?of?crankcase，?this?artical?compares?the?manual?process-single?machine?core?making，?manual?and?tooling?core?picking?with?the?automatic?process-core?making?centre，?robot?automatic?core?picking?and?core?assembly?using?fxture.?The?automatic?process?can?meet?the?batch?production?for?the?foundry，?it?can?raise?the?quality?and?dimensional?accuracy?of?the?casting，?meanwhile?the?labour?intensity?is?reduced.

Crankcase；?Coremaking?mould；Automatic?core-picking；Fixture

TG242.7;

A；

1006-9658（2015）04-0015-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.04.004

2015-02-05

稿件編號:1502-802

姚積敏(1968—)，男，從事鑄造工藝、裝備及模具開發(fā)工作.