鑄件全自動內(nèi)腔噴丸設(shè)備的研制及應(yīng)用

王 志，齊亞平，鮑玉娟，顧思惠，丁超豪，劉慶義

（1.濰柴動力股份有限公司，山東濰坊 261001；2.濰柴（安丘）材料成型有限公司，山東濰坊 262100）

0 前言

噴丸是指采用壓縮空氣將丸料加速，通過丸料高速撞擊工件表面來清理涂料殘留、氧化皮、雜質(zhì)等的一種方法[1]，針對內(nèi)腔清理，一般采用手持設(shè)備為主。采用手持式噴丸方式進(jìn)行內(nèi)腔處理，鑄件內(nèi)腔質(zhì)量有所改善[2]，但噴丸位置與時間難以精確控制，內(nèi)腔質(zhì)量一致性差，存在未清理干凈及噴丸過度導(dǎo)致?lián)p傷的情況。此外，操作者必須身穿防護(hù)服，行動不靈活，工作效率低，勞動強(qiáng)度大，尤其是清理中小型鑄件，清理過程需要對工件多次翻轉(zhuǎn)，容易對人身造成傷害，無法形成批量生產(chǎn)模式，不適合自動化流水線生產(chǎn)。

我公司研發(fā)設(shè)計的自動噴丸系統(tǒng)是根據(jù)鑄件各個孔及內(nèi)部型腔的清理要求及特點而專門設(shè)計的機(jī)器人連續(xù)加壓式噴丸系統(tǒng)，其自動化程度高，柔性強(qiáng)，工件適應(yīng)范圍廣，效率高，質(zhì)量穩(wěn)定性好。

1 工作原理及流程

該自動噴丸系統(tǒng)采用底部螺旋輸送砂料進(jìn)入提升機(jī)，經(jīng)提升機(jī)輸送到振動篩，過濾掉大塊雜物和摻雜在砂料里的細(xì)微粉塵，較大塊雜物及細(xì)微粉塵由振動篩第一層及第二層篩分后落入積灰斗內(nèi)存儲。可用的砂料流入料倉，再由料倉流入噴丸發(fā)生系統(tǒng)。經(jīng)噴丸發(fā)生系統(tǒng)的砂管噴槍噴出，以此循環(huán)。

該自動噴丸系統(tǒng)主要由噴丸室、機(jī)器人、進(jìn)出料輸送線、回砂系統(tǒng)、噴丸發(fā)生系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)等幾個部分組成，如圖1 所示。

圖1 自動噴丸設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

1.1 噴丸室

主要由室體、兩種規(guī)格的噴槍、裝夾定位裝置、照明等組成。根據(jù)工件表面孔的大小和形狀，選擇不同規(guī)格的噴槍進(jìn)行噴丸，噴丸流量可以根據(jù)工件噴丸情況進(jìn)行自動反饋調(diào)節(jié)。噴丸室體采用優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板和結(jié)構(gòu)型鋼焊接而成，為雙層結(jié)構(gòu)，外層4mm 鋼板、內(nèi)層2mm 鋼板。室體所有拐角處均圓弧過渡，有足夠的強(qiáng)度，整體美觀。噴丸室體內(nèi)壁固定有10mm 厚耐磨保護(hù)層，用于保護(hù)室體不被高速飛濺的丸料損壞，并能有效降低噪音。噴丸室有檢修門和觀察門，方便在噴丸過程中觀察機(jī)器人動作和噴丸過程及設(shè)備檢修，頂部設(shè)照明裝置。

1.2 機(jī)器人

機(jī)器人主要負(fù)責(zé)對工件的6 個面進(jìn)行噴丸作業(yè)，機(jī)器人的定位精度0.10mm，具有斷氣、斷電、防碰撞等安全防護(hù)功能。機(jī)器人整個手臂設(shè)有防護(hù)衣服，此套防護(hù)衣服保證機(jī)器人在噴丸過程中不被丸料濺射到，延長機(jī)器人使用壽命。本系統(tǒng)采用機(jī)器人抓取鑄件的方式，噴槍固定不動，通過機(jī)器人抓取鑄件移動至噴槍位置進(jìn)行噴丸，與機(jī)器人抓取噴槍相比，可以實現(xiàn)鑄件的倒丸功能，有效降低鑄件內(nèi)腔中丸料的殘留。

1.3 進(jìn)出料輸送線

進(jìn)出料輸送線機(jī)構(gòu)為伺服電機(jī)模組驅(qū)動，模組上安裝固定板以安放工件。設(shè)有光感檢測，識別工件放置的位置及狀態(tài)是否正確。最初設(shè)計進(jìn)出料輸送線為一條，如圖2a 所示，待噴丸完成鑄件下線后，再進(jìn)行第二件鑄件的上料。該方案相對更節(jié)省空間，但上下料需要占用一定的節(jié)拍，影響設(shè)備的工作效率。后經(jīng)改進(jìn)后，將進(jìn)出料輸送機(jī)構(gòu)分開，如圖2b 所示，噴丸過程中即可進(jìn)行下一個工件的上料，上下料不占用噴丸設(shè)備工作節(jié)拍，提高了效率。

圖2 進(jìn)出料輸送機(jī)構(gòu)

1.4 回砂系統(tǒng)

回砂系統(tǒng)由提升機(jī)、推料螺旋、振動篩構(gòu)成。提升機(jī)上部分和下部分分別安裝有皮帶輪轂，提升機(jī)皮帶連接在上、下輪轂之間，布有一定數(shù)量的挖丸斗，用于將由推料螺旋推來的丸料提升到振動篩篩分。提升機(jī)下部分輪轂配有旋轉(zhuǎn)檢測裝置，檢測到提升機(jī)下輪轂不旋轉(zhuǎn)時，停機(jī)報警，防止減速機(jī)因鋼丸堵塞造成提升機(jī)減速機(jī)過載。推料螺旋位于噴丸室底部。推料螺旋上方鋪設(shè)沖孔板，方便丸料流入到螺旋中。推料螺旋配置旋轉(zhuǎn)檢測裝置，檢測到螺旋不旋轉(zhuǎn)時，停機(jī)報警，防止減速機(jī)因鋼丸堵塞造成減速機(jī)過載。振動篩篩分速度為30kg/min，篩分效率為99%，上層篩網(wǎng)篩分0.6mm以上的大顆粒，下層篩網(wǎng)篩分0.3mm 以下的小顆粒。

1.5 噴丸發(fā)生系統(tǒng)

由兩個壓力罐組成，采用先進(jìn)的桃型設(shè)計，增加丸料的流動性。自動換壓，可實現(xiàn)連續(xù)不間斷噴丸的功能。帶有噴槍流量自動報警系統(tǒng)，當(dāng)噴丸過程中無丸料噴射時，系統(tǒng)自動報警，并停機(jī)，提醒工作人員檢查故障。

1.6 除塵系統(tǒng)

除塵系統(tǒng)采用濾筒式，配置12 只唐納森濾芯，可提供252m2過濾面積。除塵器對0.1～0.5μm尺寸的粉塵微粒有99.9%以上的收集效率。除塵器具有空氣清潔系統(tǒng)，回收的粉塵經(jīng)過除塵器清潔系統(tǒng)過濾后，經(jīng)過除塵器收集的空氣通過排風(fēng)口排放，排放空氣粉塵濃度≤5mg/m3。

1.7 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)主要由電源部分、控制部分組成，電源部分包含：主開關(guān)、保護(hù)開關(guān)、接觸器等；控制部分包含：動力啟動單元、安全控制回路、操作面板控制部分、通信網(wǎng)絡(luò)和PLC 等。操作者通過操作面板控制部分進(jìn)行設(shè)備的操作。

操作面板控制部分包括操作面板及人機(jī)界面，操作面板主要由旋鈕、按鈕和指示燈組成，可通過手動/自動模式來操作設(shè)備各部分動作。通過人機(jī)界面，操作者可以方便的設(shè)置設(shè)備的生產(chǎn)參數(shù)，如噴丸壓力、機(jī)械手參數(shù)并了解存儲設(shè)備運行的各類信息。

2 小結(jié)

本公司研發(fā)的鑄件全自動內(nèi)腔噴丸系統(tǒng)具有高度的柔性，可根據(jù)鑄件的特點編程實現(xiàn)內(nèi)腔的全自動噴丸，該系統(tǒng)采用機(jī)器人抓取鑄件、噴槍固定式，可以實現(xiàn)倒丸功能，降低內(nèi)腔鋼丸的殘留。同時改進(jìn)了進(jìn)出料輸送機(jī)構(gòu)，進(jìn)料與出料完全分開，節(jié)省了上下料時間，提升了設(shè)備工作效率。