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       摘要：為滿足不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體制芯共線生產(chǎn)的要求，在分析整體組芯+整體浸涂工藝優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了分體組芯+分體浸涂，通過機(jī)器人和砂芯烘爐將整個(gè)制芯工序串聯(lián)起來的柔性化制芯工藝方案。介紹了自動(dòng)化缸體制芯中心及工裝模具的柔性化／通用化設(shè)計(jì)要點(diǎn)，柔性自動(dòng)化缸體制芯中心的投產(chǎn)運(yùn)行為同行業(yè)缸體制芯中心的建設(shè)和改造提供了一個(gè)可以借鑒的案例。
 
      關(guān)鍵詞：缸體；制芯；自動(dòng)化；柔性
 
     制芯是發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄造生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，制芯工藝設(shè)計(jì)直接影響缸體鑄件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率【l-2]。隨著國家節(jié)能減排法規(guī)要求的不斷提升，車用發(fā)動(dòng)機(jī)缸體尺寸設(shè)計(jì)得越來越小，壁厚越來越薄，為保證鑄件質(zhì)量，對(duì)于形狀各異且壁薄的水套和油道砂芯通常需要采取不同的工藝措施，如芯撐、涂料和特種芯砂等【3】。目前許多缸體鑄造廠采用或考慮采用自動(dòng)化制芯中心來保證砂芯的精度和生產(chǎn)效率【4】，如何讓自動(dòng)化制芯中心滿足不同型號(hào)缸體鑄造工藝要求，使之具備生產(chǎn)柔性，研究缸體制芯工藝方案以及制芯中心設(shè)備配置，對(duì)自動(dòng)化制芯中心的建設(shè)和改造具有重要意義。
 
      1、缸體制芯工藝
 
      1．1缸體砂芯組成
 
      江鈴鑄造廠主要生產(chǎn)1．5～3．0 L排量的多種型號(hào)直列4缸柴油和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，缸體砂芯由曲軸箱芯、前后端芯、帽芯、水套芯和油道芯等組成。砂芯示意圖見圖1。
  

    
  
                                    圖1缸體砂芯示意圖
   
      1.2 制芯工藝方案
 
     我廠20世紀(jì)90年代末從國外引進(jìn)首條4J發(fā)動(dòng)機(jī)缸體自動(dòng)化制芯線(一箱兩件水平澆注工藝)，該線采用整體組芯+整體浸涂方案，通過三臺(tái)機(jī)械手將工序串聯(lián)起來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。制芯工藝方案見圖2。
  
  

      
  
                                圖2 4J缸體自動(dòng)化制芯工藝方案
 
     整體組芯+整體浸涂設(shè)備單元由機(jī)械手、組芯臺(tái)穿梭機(jī)構(gòu)、組芯夾具、注膠機(jī)和涂料槽組成。機(jī)械手抓取曲軸箱芯、端芯和帽芯放入組芯夾具；人工在組芯夾具上放入水套芯和油道芯，組芯夾具自動(dòng)組芯；組芯臺(tái)穿梭至注膠工位注膠鎖芯；機(jī)械手抓取整體砂芯芯組浸涂、甩干，放入烘爐托盤烘干。相對(duì)來說，整體組芯+整體浸涂方案具有工藝流程簡單，設(shè)備占地面積小，工裝投入少等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于一些新型號(hào)含有復(fù)雜薄壁水套芯和油道芯的缸體，需要采取特殊的工藝措施來防止水套芯、油道芯變形開裂和燒結(jié)，如使用芯撐和特殊涂料等。這條整體組芯+整體浸涂方案的自動(dòng)化制芯線則難以滿足此類特殊工藝要求。
  
 
     2、制芯工藝柔性設(shè)計(jì)
 
     2．1 柔性化制芯工藝方案
 
     綜合分析各種缸體的工藝特性，我廠選擇了分體組芯+分體浸涂，通過機(jī)器人和砂芯烘爐將整個(gè)制芯工序串聯(lián)起來的柔性化制芯工藝方案作為新的制芯中心建設(shè)方案，見圖3。
  

    
  
                                      圖3 柔性化制芯工藝方案
 
     曲軸箱芯和前后端芯組成芯組、浸涂、烘干；水套芯和帽芯組成芯組、浸涂、烘干；油道芯單獨(dú)浸涂、烘干；所有砂芯共用烘爐，砂芯烘干出爐后人工放置芯撐或清除芯撐涂料等；最后將各芯組放人組芯夾具整體組芯。
 
     2．2自動(dòng)化制芯中心設(shè)備配置
 
     柔性自動(dòng)化制芯中心設(shè)計(jì)上充分考慮了精益設(shè)計(jì)、人機(jī)工程、通用性和快速切換等因素，生產(chǎn)能力30套整芯／ll，定員10人。平面布置見圖4。
  
  

    
  
                                   圖4柔性自動(dòng)化制芯中心平面布置圖
 

     CELLl單元由一臺(tái)曲軸箱芯／端芯水平冷芯制芯機(jī)、一臺(tái)二次射砂鎖芯機(jī)、一臺(tái)取芯機(jī)器人、一臺(tái)取芯／浸涂機(jī)器人、一個(gè)涂料槽和一個(gè)砂芯檢查旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)組成。
 

     CELL2單元為一臺(tái)帽芯／油道芯水平冷芯制芯機(jī)。
     CELL3單元由一臺(tái)水套芯熱芯制芯機(jī)、一臺(tái)取芯／下芯撐機(jī)器人和一個(gè)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)組成。
     CELL4單元由一臺(tái)取芯／浸涂機(jī)器人、一個(gè)涂料槽和一個(gè)帽芯／水套芯組芯旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)組成。
     CELL5單元由一臺(tái)取芯機(jī)器人、一臺(tái)取芯／卡釘機(jī)器人和一個(gè)整體組芯工作臺(tái)組成。

  
     3、柔性化／通用化設(shè)計(jì)要點(diǎn)
 
     3．1 制芯中心柔性設(shè)計(jì)要點(diǎn)
 
     CELLl單元。設(shè)備／模具規(guī)格按所有缸體砂芯的最大尺寸設(shè)計(jì)；機(jī)器人夾具考慮最大和最小砂芯尺寸通用化設(shè)計(jì)；砂芯檢查工位采用旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，兼?zhèn)湫∩靶救斯そM芯和封堵氣眼等功能；配備全自動(dòng)換模機(jī)構(gòu)順應(yīng)柔性生產(chǎn)快速切換的要求。
 
     CELL2和CELL3單元。帽芯和油道芯形狀、厚度相差較大，放在一起制芯適合選用水平分型冷芯工藝；不同缸體的水套芯各不相同，按最復(fù)雜的六開模以及機(jī)器人放芯撐的要求選用合適的制芯設(shè)備。
 
     CELL4單元。從可靠性、成本和質(zhì)量等因素綜合考慮，帽芯和水套芯組芯優(yōu)選在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上人工螺釘鎖緊方案。對(duì)于前后端有芯頭的水套芯采用增加輔助端芯方式組芯。見圖5。
  
  

    
  
                                      圖5帽芯和水套芯組芯
  
     CELL5單元。機(jī)器人整體組芯單元設(shè)置安全門，具備人工進(jìn)入工作臺(tái)組合油道芯等其他小芯的功能。各芯組浸涂后由于砂芯結(jié)合面浸有涂料，所以整體組芯時(shí)芯組間的緊固不適合采用粘膠工藝，本方案選用機(jī)器人卡釘方式鎖緊端帽芯組，見圖6。
  

    
  
                                       圖6機(jī)器人整體組芯單元
   
     砂芯烘爐。砂芯烘爐是將整個(gè)自動(dòng)化制芯工序串聯(lián)起來的關(guān)鍵設(shè)備。烘芯托盤采用通用化設(shè)計(jì)，油道芯隨爐懸掛烘干防止砂芯變形；砂芯出爐后在冷卻段設(shè)計(jì)兩個(gè)人工操作工位，具有清除芯撐涂料或放置芯撐等功能。
 
     3．2模具通用化設(shè)計(jì)要點(diǎn)
 
     模具通用化設(shè)計(jì)是通過砂芯布置、芯頭形狀和尺寸等工藝設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人夾具、預(yù)組芯臺(tái)和烘爐托盤等工裝對(duì)不同產(chǎn)品的通用性。
 
     曲軸箱芯／端芯芯盒布置。為實(shí)現(xiàn)CELLl單元取芯機(jī)器人夾具通用，曲軸箱芯和端芯在模具中布置的相對(duì)位置，間距和高度差等尺寸需設(shè)計(jì)一致。見圖7。

    
            圖7曲軸箱芯和端芯在芯盒中布置設(shè)計(jì)要求
 
   
     曲軸箱芯／端芯芯頭設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)取芯夾具通用，曲軸箱芯和端芯芯頭設(shè)計(jì)還需要與機(jī)器人夾具夾點(diǎn)的形狀、尺寸以及夾緊面角度相一致。見圖8。

                                  圖9端芯側(cè)面芯頭設(shè)汁要求
   
     為實(shí)現(xiàn)CELLl單元取芯／浸涂機(jī)器人和CELL5單元組芯機(jī)器人夾具通用，端芯芯頭夾緊孔的設(shè)計(jì)需要有相同的位置、形狀和尺寸。見圖10。
  
    

    
      藝流程相對(duì)復(fù)雜、生產(chǎn)線占地面積較大，工藝工裝設(shè)計(jì)需要考慮的細(xì)節(jié)較多。我廠柔性自動(dòng)化缸體制芯中心的投產(chǎn)運(yùn)行為同行業(yè)缸體制芯中心的建設(shè)和改造提供了一個(gè)可以借鑒的案例。