工业机器人在轻合金重力铸造自动化中的应用

　　铸造是获得机械产品毛坯的主要方法之一，是装备制造业的基础产业。近年来，随着很多领域主机行业的发展，对铸件质量要求越来越高，人工成本、安全与环保压力也在不断增加，铸造行业实施质量品牌和创新驱动战略，提高铸件质量稳定性和同一性，是产品发展的必然要求，而推进实施铸造行业“两化融合”实现关键工序智能化、关键岗位机器人替代、铸造生产过程智能优化控制是铸造发展技术升级的必然趋势。采用先进适用的铸造新技术，提高铸造装备自动化，特别是工业机器人自动化技术的应用，是铸造企业实施实现可持续发展的关键举措。

　　工业机器人在轻合金铸造行业的发展现状

　　工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多科学先进技术于一体的现代制造重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统、自动化工厂、计算机集成制造系统的自动化工具，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。例如，在焊接、表面喷覆、上下料、装配等作业中，机器人都取代了人工作业。

　　众所周知，降低能耗，减少环境污染以及节约地球有限资源是当今人们所面临的一个十分重要而紧迫的任务。在汽车、3C等产品轻量化的总趋势推动下，传统的钢铁材料都逐步转型升级成铝合金、镁合金或锌合金成型的轻合金材料，特别是铝合金，密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性等特点，铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。但是传统的铝合金铸造成型，也是在恶劣的环境中进行，伴随着高温、粉尘、噪音、废气等环境问题。从2000年初期开始，机器人已逐步在铝合金压铸领域应用得到了应用，到目前已发展成为压铸柔性加工单元，实现整个压铸过程中利用机器人来实现喷涂、给汤、取件等作业过程，传统的压铸生产效率高，铸件尺寸精度高等特点尤为突出。

　　但随着新型高强度、高韧性、超薄壁合金材料成型的要求，常规压铸生产出的零件不能通过热处理来提高性能的劣势也有所凸显。而轻合金的重力铸造由于可以根据产品成型的需要实现多种方式的浇注工艺，并能通过热处理对合金材料进行强化，提高产品性能，是目前轻合金材料成型逐步推广的方式之一，且该种方式设备布局简单、灵活，投资相对较低。目前国内大多数轻合金的重力铸造企业还处于全人工操作阶段，但是国外的一些企业已形成利用工业机器人替代人工进行重力铸造过程中的下芯、清模、浇注、取件、打磨等作业。

　　工业机器人集成技术在轻合金重力铸造自动化生产中的应用

　　轻合金重力铸造传统的生产模式是手工下芯-铸机合模-手工勺取铝液浇注-铸机翻转产品凝固-手工开模顶出-手工取件-手工打码-自然冷却-手工清理-转运检测。基本上整个过程都以手工作业为主，对人的依赖性比较高，由于操作员工更替频繁及受操作人员体能的限制，会造成浇注工艺稳定性差，铸造产品质量时有波动。

　　作为中航工业特飞所下属的湖北航特装备制造股份有限公司，是一家专业从事铝合金重力倾转铸造的高新技术企业，凭借自身丰富的铸造经验和国内铸造设备的领先技术，从2014年开始深度开发机器人重力浇注自动化生产线，目前已研制实施单轨机器人、双轨机器人重力浇注自动化生产线，高架天轨机器人铸造自动化生产线。其中单轨机器人、双轨机器人重力浇注自动化生产线主要是针对不同类别及节拍要求的产品，可以很灵活对生产线进行布局和调整。高架天轨机器人铸造生产线是以整个铸造过程进行组线集成自动化生产，适合大批量产品。

　　1、单轨机器人浇注自动化生产线

图1 单轨机器人铸造自动化线