鑄鋼件清理打磨自動化技術應用研究

周穎 李洋 張凱

摘要：在鑄造工藝中，對鑄件清理的過程中，需要將鑄件飛邊毛刺等去除，這也是鑄造生產(chǎn)過程中，不可或缺的一道工序。但是由于打磨工序人力資源投入大，存在著機械化與自動化程度不高的現(xiàn)象。這就導致實際工作中存在著效率低下的現(xiàn)象，甚至造成嚴重的環(huán)境污染。為了更好的解決鑄造存在的問題，本文基于自動打磨自動化技術進行研究，針對現(xiàn)有的鑄造技術加以優(yōu)化，提升鑄鋼件的清理技術，通過采用設備改善作業(yè)情況，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率。

關鍵詞：鑄鋼件;清理打磨;自動化技術;應用手段

中圖分類號：TG2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0211-02

0? 引言

我國作為鑄造大國，鑄造業(yè)發(fā)展水平不斷提升。但是對于鑄件清理問題，一直是影響鑄造業(yè)發(fā)展的一大難題。清理過程由于自動化程度較低，難以實現(xiàn)極高的工作效率，造成人工強度過大。借鑒國外加工經(jīng)驗研發(fā)清理設備，在不斷研發(fā)的基礎上獲得較好的生產(chǎn)效果。減輕勞動者的作業(yè)強度，同時改善作業(yè)環(huán)境。但是由于設備價格昂貴，難以實現(xiàn)大規(guī)模投入?；诖耍槍﹁T件清理問題研制有效的解決方案，研究自動化清理打磨技術，保障無污染的同時，填補行業(yè)空白。

1? 原始處理方法及危害

鑄造業(yè)在對鑄件進行處理的時候，大多數(shù)還是采用傳統(tǒng)的方式為主。傳統(tǒng)方式下的錘擊與研磨，存在效率較差現(xiàn)象，成品質(zhì)量難以保障，人力強度大等多種問題。對生產(chǎn)線發(fā)揮也造成影響，如何提升清理效率，成為鑄造領域炙手可熱的話題。

2? 鑄件清理自動化進程難題與解決措施

2.1 設備昂貴成本過高

經(jīng)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)打磨領域始終難以發(fā)展的原因在于，核心技術多掌握在國外設備商的手中，對國內(nèi)銷售，外國銷售商始終抱有壟斷的意愿，使得國內(nèi)需要花費大量的成本購買設備，造成成本過高的現(xiàn)象。針對此現(xiàn)象，國內(nèi)需要針對基礎問題開始研發(fā)設備。在不斷研發(fā)中，現(xiàn)階段，已經(jīng)掌握的技術，在生產(chǎn)中顯著提升了制造成本，有助于后期鑄件清理自動化進程發(fā)展。

2.2 單機設備難以系統(tǒng)解決問題

對于當前市場來看，進口的設備在功能上都是單機設備，難以充分發(fā)揮能力，具有一定局限性。針對該問題，需要廠家針對產(chǎn)品的實際情況，對設備進行完善的規(guī)劃，確定好設備構建等，合理利用資源，保障設備的有效運行。

2.3 市場應用的考察

市場應用現(xiàn)狀對國內(nèi)發(fā)展帶來的制約，導致生產(chǎn)商生產(chǎn)理念與實際脫節(jié)，難以為鑄造行業(yè)提供有效的生產(chǎn)設備，即便生產(chǎn)出來設備，也難以發(fā)揮作用，對生產(chǎn)造成影響。

3? 關于設備的解決理念

根據(jù)當前國內(nèi)鑄造業(yè)發(fā)展的實際情況，結合生產(chǎn)技術提出有效的設備方案。國外采用的產(chǎn)品功能單一，為單機模式。需要廠家適應的同時，還要承受設備帶來的生產(chǎn)局限性。對此采用全序列理念，根據(jù)鑄造廠的生產(chǎn)情況，為其量身定做最佳的搭配，保障采用最小的投資，實現(xiàn)產(chǎn)品兼容。

3.1 多軸向數(shù)控磨削機床

設備采用機床的形式進行加工，具有穩(wěn)定性。同時，為各軸向設置數(shù)控系統(tǒng)，加強對設備的控制力度，實現(xiàn)高精度加工操作，安全性能較高[1]。并且數(shù)控多軸磨削機床可以作為通用設備，實現(xiàn)對不同類型的鑄件進行處理，保證了設備應用后的互換性操作。額外配置的除塵裝置避免污染，設備先進的磨削方式，不會損害工件，保障工件的完整。

3.2 機器人打磨單元

針對打磨工藝較為復雜的工件來說，更建議采用機器人進行打磨。機器人打磨采用機械臂與程序配合，完成高轉(zhuǎn)速操作。為了保證其運行的靈活性，采用4-6節(jié)關節(jié)，實現(xiàn)最佳的工作狀態(tài)。另外，為了進一步加強打磨技術，節(jié)約人力，還嘗試過機械臂抓取鑄件進行磨削，但是在應用過程中存在較大的局限性。機械臂自身有剛性難以對體積較大的工件抓取，但是可以對小工件進行抓取，實際的工作效率并沒有數(shù)控機床的效率高，還需要耗費較高的造價成本。除非在特殊需求下，一般不建議采用該種打磨方式。

3.3 非標打磨設備

在使用設備解決作業(yè)環(huán)境與生產(chǎn)質(zhì)量等問題后，設備的加工效率成為眾人關心的焦點。作為通用性較強的打磨設備，難以保證對任何鑄件都保持良好的打磨效果。但是非標打磨設備，是基于這一點的基礎下開發(fā)成功的。并且根據(jù)實際需求，量身定做適合生產(chǎn)線生產(chǎn)的設備，針對特定行業(yè)，保障設備實現(xiàn)最大兼容。

3.3.1 沖壓剪緣設備

沖壓剪緣設備機床，是采用液壓裝置以及打磨工具制成，利用液壓產(chǎn)生的壓力將打磨工作推動，實現(xiàn)對鑄件的打磨操作。該設備具有較高的工作效率，并且不易污染。最大特點是工作強度低，經(jīng)其加工的產(chǎn)品具有較高的生產(chǎn)質(zhì)量。但是也存在一定的局限性，在打磨處理的過程中，難以處理灰鐵類鑄件;并且對于鑄件存在不同強度的薄厚特征，也不適用剪緣設備。會導致鑄件出現(xiàn)損傷，因此，需要為其配置專門的探傷機構。

3.3.2 四面消磨設備

針對缸體等鑄件進行規(guī)則的打磨處理，應采用四面消磨設備對其進行處理。利用該設備將規(guī)則平面做出有效處理，減輕后續(xù)清理的工作壓力。但是該設備存在較大的弊端，但是適用于規(guī)則鑄件與面的打磨處理工作，對于不規(guī)則的鑄件處理存在困難;并且該設備無法獨立完成鑄件所有面的打磨處理。在具體使用的過程中，需要后續(xù)配合其他設備進行協(xié)同操作，能夠溝通完成處理工作，貫徹全序列化理念，實現(xiàn)鑄件打磨清理自動化運行。

3.3.3 圓盤類磨削設備

根據(jù)生產(chǎn)線上的實際需求，針對圓盤類鑄件類型多樣等特點，采取如下解決方案。

①復雜圓盤磨削設備。

對于該設備的設計，采用五軸雙主軸為主要設備，更加適用于圓盤類設備打磨。當前對該設備的應用，存在于離合器壓盤鑄造工作中，同時可以兼容其他類型的鑄件產(chǎn)品。

②常規(guī)圓盤打磨生產(chǎn)線。

針對常規(guī)生產(chǎn)線打磨的圓盤類鑄件，例如飛輪等鑄件產(chǎn)品，建議開啟生產(chǎn)線的模式進行制造，可以帶來更高的性價比以及工作效率。

1）銑削型生產(chǎn)線。

利用數(shù)控銑削床原理，對圓盤類型的鑄件進行邊緣打磨處理工作。磨頭的位置采用銑刀技術，對運行軸上進行電機驅(qū)動，有助于實現(xiàn)銑刀的精準定位。同時可以選配剪斷機構，保障對鑄件處理后再行清理，提升工作效率。

2）通過式圓盤磨削生產(chǎn)線。

利用工作流水線，在一臺設備上完成磨削工作后。在工序間采用機械臂實行倒序操作，實現(xiàn)最佳的生產(chǎn)節(jié)拍。

3）單機小功率圓盤磨削設備。

利用伺服軸配合，對圓盤的外部進行磨削。主軸則采用小功率，跟隨伺服主軸帶動砂輪對其進行打磨處理，這樣可以有效降低使用功率，實現(xiàn)高效率的生產(chǎn)操作[2]。

3.3.4 快速成型設備

對于一些數(shù)量較大、形態(tài)復雜的鑄件。采用常規(guī)的設備進行加工，難以保證實際的生產(chǎn)效率。對此，建議采用快速成型設備。成型設備具有加工效率迅速的特點，存在的缺陷是延展性能略微較差，難以針對性的開展磨削工作，只能針對某特定領域開展操作，才能保障設備的兼容性。

①凸輪軸磨削設備。

針對壓縮機類的凸輪軸類型的鑄件來說，此類鑄件特點就是批量大，對其處理相當耗費時間。凸輪軸磨削設備，采用仿形砂輪，可以同時對四組鑄件同時進行操作，單次加工時長不超出10s，結合流程架實現(xiàn)有效的連接式操作，僅需要采取2.5s節(jié)拍。

②汽車剎車鉗成型設備。

該設備同樣采用仿形砂輪，對鑄件的內(nèi)口位置進行磨削，刻印保證一次成型。有效提升生產(chǎn)效率，將其與沖壓設備有機結合，可以對生產(chǎn)節(jié)拍進一步優(yōu)化。

3.4 常規(guī)打磨設備與耗材

常規(guī)砂輪機對于鑄造領域來說，是鑄造廠處理鑄件不可或缺的設備。其具有的靈活性難有設備可以比擬。但是在打磨的同時，也存在無法解決的弊端，例如噪音和污染等。因此，在使用常規(guī)打磨設備處理鑄件時，建議采用金剛石作為砂輪片，金剛石作為材料的優(yōu)勢可以減少消耗，具有無粉塵等優(yōu)勢。并且在實際運行的過程中，其運行成本也低于常規(guī)砂輪，更有助于生產(chǎn)。

3.5 自動化物流生產(chǎn)線與輔助設備

基于全序列解決理念下，自動化物流生產(chǎn)線是鑄件打磨過程中必不可缺的。根據(jù)實際生產(chǎn)廠的需求，結合生產(chǎn)產(chǎn)品以及生產(chǎn)線等情況，利用好物流生產(chǎn)線對設備進行有序排列組合，在保證實現(xiàn)最佳生產(chǎn)效率的同時，達到最完美的工作節(jié)拍，有效節(jié)約人力成本[3]。

4? 自動化鑄件清理生產(chǎn)線的實際應用

現(xiàn)有某鑄件廠生產(chǎn)線，擁有數(shù)控多軸磨削機床、機械臂、自動傳送線等設備。根據(jù)現(xiàn)有的設備，對其生產(chǎn)線流程進行規(guī)劃，首先將數(shù)控多軸磨削設備作為主設備，后續(xù)搭配其他設備共同作業(yè);毛坯件由人工操作從A點傳輸至指定地點進行處理，并將送往的毛坯件懸掛于空懸鏈上，在配置額外的操作人員負責對其進行加工處理;加工完成的成品通過機械臂取走，傳送至傳送線;經(jīng)過最后的加工工序后，再次由機械臂將成品取走，放置于暫置臺上;作業(yè)人員將其取下放入設備加工，最后將打磨好的成品交還給機械臂傳輸回去;此時傳輸區(qū)域逐漸積累成品，等待成品積累到一定數(shù)量，發(fā)出警報提醒。

采用這樣的生產(chǎn)流水線，可以保障用戶最小投入，實現(xiàn)最大化收益;同時合理對生產(chǎn)流程進行規(guī)劃，避免人力資源的浪費;結合全序列生產(chǎn)理念，完美解決客戶的實際需求，具有較高的性價比，有效應對不同的逐漸類型，提升生產(chǎn)效率。

5? 結論

綜上所述，針對現(xiàn)階段存在的鑄件打磨技術，以及行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。立足與實際問題，針對性的采取有效措施，憑借數(shù)控磨削急機床、打磨設備等，將其應用于實際鑄件清理打磨環(huán)節(jié)中，有效的改善生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，提升了工廠的生產(chǎn)效率。為行業(yè)發(fā)展積累技術經(jīng)驗，改善一線打磨的質(zhì)量，避免對工件做出損害，免除探傷環(huán)節(jié)。采用最佳的投資方式，為廣大鑄造企業(yè)提供良好的服務效能，推動鑄造行業(yè)更好的發(fā)展。

參考文獻：

[1]高狄，王擎天，舒贊輝.發(fā)動機缸體智能清理打磨生產(chǎn)線的設計及應用[J].鑄造工程，2021，45（01）：26-29.

[2]陳劍虹，聶俊毅，曾慶杰，李偉豪.基于機器人的壓鑄件表面打磨工作站的開發(fā)[J].特種鑄造及有色合金，2020，40（10）：1107-1109.

[3]陳一鳴.鑄件清理機器人打磨軌跡規(guī)劃研究[D].吉林大學，2019.