文/长安铃木/曾德友、周久兵、雷清明

摘要：以发动机缸体压铸单元为例介绍了自动化压铸单元的各个装置，并通过平面布置图、生产工艺流程和停机原因分析，介绍了提高自动化压铸单元生产节拍和开动率的措施，并分项介绍了自动化压铸单元的生产线各个装置。

关键词：自动化压铸单元 节拍 开动率 生产线布置

在刚刚过去的2009年，汽车产销达到1379.10万辆和1364.48万辆，同比增长48.30%和46.15%；乘用车产销1038.38万辆和1033.13万辆，同比增长54.11%和52.93%。在09年汽车市场异常火爆的情况下，对于汽车零件中的铸件来说，摆在铸造同行们面前的头等问题就是在保证铸件质量的同时，怎样来提高生产线开动率、缩短生产节拍、合理优化生产线布置；同的还面临增加新的生产线以及生产线调整的问题。本篇结合自身实践简要分析发动机缸体自动化的压铸单元，期望给同行们有所启示，起到抛砖引玉的作用。

现代自动化的缸体压铸单元都是以压铸机为核心，通过工业控制计算机来对压铸机本身以及周边设备进行控制，以机器人为桥梁，把压铸机与周边设备通过程序设计有条不紊的完成各个工艺流程。我公司先后从意大利、德国引进了4条全自动的压铸单元生产线。以上布置图就是意大利的2500吨的缸体压铸自动化单元。

2、工艺流程、生产节拍、开动率分析

以下主要以这条压铸单元为例逐一进行介绍。如图2缸体自动化压铸单元的工艺流程图

如图2，一个比较完整的自动化压铸单元包括了1压铸机、2机器人、3模具、4喷涂装置、5自动浇注装置、6真空装置、7高压冷却水装置、8完整检查装置、9去流道装置、10中间定位装置、11冷却装置、12切边机、13缸套输送带、14缸套加热装置以及15产品输送带。以上的工艺流程中，左边部分为压铸机的动作流程，右边部分为机器人的动作流程。产品取出与缸套插入是机器人与压铸机相互配合的关键工序。要使一个压铸单元能够顺利、连续、快节拍的进行生产，就必须仔细分析每一个流程实现的功能和节拍，在弄清楚每一个循环动作节拍时间的情况下，优化动作顺序，就能够获得较短的生产节拍。从实际应用来看，优化产品取出到缸套插入再到下次产品取出的各个工艺流程，减少机器人负荷、减少喷涂时间，可以更好的降低生产节拍。如日本某压铸工厂生产4缸带缸套的铸件，生产节拍达到128s。在合理优化生产过程流程后，我们还需要面对的是实现功能的情况下，减少设备故障，提高设备的开动率。如图3是某公司自动化压铸单元设备停机时间分布图。

自动化的压铸单元，模具、压铸机、机器人是整个单元的核心。在自动化的压铸单元内，造成单元停线的主要原因从图上可以看出模具是最大的停机项目，其次是压铸机。从我们生产线实际生产的经验来看，往往在试生产调试时的生产节拍在后续的生产过程中难以保证。其最大的原因在于模具状态维持和保全工作存在技术和经验的欠缺。那么如何来保证模具、压铸机、机器人始终保持良好的状态？我们采用QC工具中的鱼刺图来进行分析。如图4影响自动化压铸单元停机要因分析图。

如图4的鱼刺图中，我们单从人、机、料、法、环中的“机”即设备来进行分析，我们把压铸单元的几个主要的停机项作为主干，然后逐一找出造成停机的原因，并在重点的影响停机的原因上画圈。比如模具拉伤、粘模、磨损、去除飞边的处理、模具交换是模具项目的主要停机原因。但这个主要的原因也不是固定不变的。比如随着模具的老化，在停机的情况下对模具进行修理的情况也会逐渐增加。压铸机的液压系统不良、机器人的缸套插入不良、喷涂机的喷头堵塞、切边机的铸件定位不良等在通过鱼刺分析后被找出来。通过对以上的分析，我们找出了一个顺利完成各项工艺流程、连续生产、快节拍的压铸生产单元所需要的关注点。从而找到怎样提高生产开动率、怎样来提高生产节拍、怎样来合理优化生产线布置的出发点。那么在现代压铸单元内的各种装置采用什么样的方式更加适合所生产的铸件，既能达到质量要求，同时又多、快、好、省呢？

3、自动化压铸单元装置

3.1压铸机

现代压铸机都采用了实时控制压射、冲头及压室润滑、压射参数检测、压射过程监控、锁模力检测、大杠自动抽出和复位、机器自动润滑、液压油液面位置及温度显示、故障诊断及报警、快速换模、安全护栏等自动化压铸单元的基本结构。在液压控制上，一般采用伺服控制技术，如德国park伺服液压阀、Rexroth伺服液压阀来控制。模板防锈大多被忽略，模板低温冷焊工艺是先进压铸机上必须采用的防锈处理方法。压铸机的保全工作由于有非常强的专业性在里面，我公司一般采取日常点检、周检、月检的方式来对压铸机进行预防性检查，每年聘请压铸机制造厂家进行系统维护。日常处理只有在经过压铸机厂家的专业培训后，逐步积累处理日常问题的经验。并将处理结果采用标准的记录方式把它保存起来，以备参考。

3.2机器人

ABB、FANUC、MOTOMAN等机器人是大家常为熟悉的机器人品牌。压铸单元上的机器人都是采用6轴机器人。机器人的有效载荷、移动轨迹半径、定位精度应作为重要的性能参数来进行考察。一般机器人本身故障较少。主要问题在于机器人上安装使用的夹爪和定位夹具的问题。在生产线工艺流程上一般都要在去除铸件的真空流道后，进行一次再定位。因为去除流道后铸件与夹爪的相对位置关系容易发生偏离。如果铸件在切边的同时去除流道和浇口就不用考虑再定位的问题。由于机器人定位精度的问题，现在在日本出现一种浮动夹爪的结构可以很好的解决缸套卡滞的问题。如图5 ABB IRB 6600机器人

3.3模具

模具作为制约我国汽车工业发展的一个重要因素。抽真空、高压冷却水冷却、模温机油预热等现代技术在模具上的运用，更加提高了对模具材料、热处理和制作的要求。那么先前的提到的模具维护在日常工作中的重要内容就是首先要有一个详细的模具维护标准，并制定相应的检查内容，保全人员按照这个内容逐一进行维护和处理，持之一恒的坚持下去。我公司在模具保全上制定了严格的规定，例如：每压铸5000模次必须对模具进行下模维护，主要处理的是模具拉伤、磨损、龟裂的问题，并对型芯进行定期更换，冷却水管、高压冷却水通道等进行清理等内容；20000模次后进行模具的大修。除了对以上所述的内容进行检查和处理外还有对重要的模具尺寸是否超差检查、油缸、滑块配合等进行检查处理。

3.4喷涂设备

喷涂设备一般有机器人喷涂、喷涂机械手喷涂等，机器人喷涂（如图6）灵活，深腔处也毫无问题，可以节约大量的涂料和较少的喷嘴投入费用，但需要与模具结构做相应的配合，以及一次性的机器人高投入成本；喷涂机械手（如图7）一般采用2轴伺服系统，喷头现在普遍使用柔性组合的喷头(如图8)，这种喷头可以根据产品形状进行任意组合，且步骤较少，但模温均匀性差，容易造成涂料浪费，同时购买喷头的成本高。模具喷涂堵塞的解决方法有采取定期清理和减少压缩空气杂质并使用软化水来解决。如果采用喷涂机器人的方式，可以在每次喷涂完成后将喷头伸入专用水槽内进行清理。

3.5浇注设备

浇注设备一般分为两种：一种为浇注机械手加保温炉形式，其使用简单，故障率较低，且使用成本较低，缺点是每次加入的铝水可能有一定波动，并且保温炉的铝液与空气接触面大，上部取水，氧化渣产生比较多，影响产品质量（如图9）；另一种为定量炉形式，定量炉的铝水加入量相对较一致，且由于定量炉的铝水加入是从铝液下方进入的，不会将铝水表面的氧化渣等带入产品而影响产品质量，但是定量炉的使用较复杂，故障率相对较高，且使用成本也较高，特别是加铝水的漏斗及升液管的使用成本较高。

3.6模具高压冷却水装置

模具高压冷却水装置主要应用在缸体类模具上，其可以加强局部无法设置一般冷却通道地部位和型芯的冷却，（如图10 高压冷却水安装示意图）提高产品的内部质量和良品率。通过实践发现在型芯容易产生拉伤、断裂的部位布置高压冷却水，能很好的解决型芯拉伤的问题，但由于高压冷却水孔比较小，孔容易被水垢所堵塞，要彻底解决该问题，可以用蒸流水解决，但成本较高。前面提到的机器人喷涂的喷涂方式，一定要在模具冷却上下足功夫，只有模具点冷、高压冷却、循环冷却水在模具中大量布置才能保证在较少的喷涂量下，机器人通过对粘模、拉伤部位进行定点喷涂，保证合适的模具温度，确保铸件的冷却和顺利取出，并最终缩短生产节拍，提高生产效率。如图11 模具上设计的冷却水图片。

3.7抽真空装置

抽真空装置的种类较多，现在使用较为普遍的抽真空装置，都采用了模具上的真空阀由铝液来关闭抽真空方式，从而达到全真空排气（如图12、瑞士FONDAREX真空原理图、图13真空阀关闭原理）。对模具实施抽真空后，减少产品内部气孔率。在我公司真空生产的实践过程中，发现在缸体压射时真空度达到300Mbar的情况下，缸体的流出良品率能够达到97%以上，由于泄漏造成的不良在2%以下。如图14模具型腔内真空度，在使用真空的情况下，对压铸模具要求较高，模具镶块及顶出型芯制作精度越高，压射冲头的密封性越好，更能够发挥抽真空的优势。

3.8铸件缺损检查

铸件的缺损检查通过光电感应来对铸件的完整性进行检查，如果发现有缺损时，下一个周期将自动停止，以保护设备和模具出现异常。如图15

3.9溢流系统去除

铸件溢流系统的去除一般采用机器人编程碰断去除、利用汽缸撑断、机器人编程碰断、剪刀剪断、锯断、切边等方式，具体采用什么方式要根据产品的溢流系统形状而定。如图16

3.10铸件中间定位

铸件在去除溢流系统后，机器人抓取的位置有可能松动移位，如果不将铸件在中间定位装置上进行定位（如图17 中间定位），并重新抓取，保证定位准确，将在以后的冷却工位、切边工位造成铸件与装置发生碰撞，产生故障，影响设备正常运转；如果不进行冷却，进行热态锯切浇口，将产生铸件过切使产品报废或浇口残余高度过高影响加工等。

3.11冷却装置

铸件的冷却方式有空冷和水冷两种，空冷有采用吹自然风冷却和采用吹冷风冷却两种方式，采用自然风的冷却时间相对较长，冷却效果较差；采用冷风的冷却时间相对较短，且冷却效果较好，特别是在夏季更能体现其优点。水冷方式分为水冷却和水雾冷却两种方式，水冷却冷却快，但要注意产品急冷可能引起产品变形和开裂，而水雾冷却是将水雾化后对产品进行冷却。如图18

3.12切边机

切边机主要用于对浇口进行去除，也可用于对溢流系统的去除，根据需要有时溢流系统可采用机器人夹持着铸件利用碰的方式去除。浇注系统的去除方式一般有冲的方式和锯的方式两种；锯的方式又有两种，即采用锯盘锯和锯条锯，采用锯盘锯的方式较多。如图19

根据经验，建议如果产品结构上能设计成冲的方式尽量采用冲的方式，因为冲的方式的切边模结构简单可靠，制造和使用成本低，环境较干净。如果有的产品由于结构原因必须采用锯的方式，建议尽量采用锯盘和冷态锯的方式，因为其使用成本较低，对机器人也能起到较好的保护作用。

3.13缸套输送和加热装置

缸套输送装置（如图20）和加热装置的关键内容就是控制好传送时缸套的定位、加热器内的缸套定位。缸套加热器的加热方式现在主要有电阻辐射加热（如图21）和缸套电感加热（如图22）两种方式。电阻辐射加热速度较慢，电感加热速度快。

以上主要介绍了压铸单元的布置和单元内的装置。作为一个成熟的压铸生产单元还必须在生产技术手段和质量控制上配置相应的软、硬件来满足生产过程控制和质量要求。

生产技术手段上如：压铸模拟分析软件图23、模具温度检测成像仪或红外线温度计图24

在质量控制方面如：三坐标检查、变形检查（图25）、型芯弯曲检查（图26）、切片着色检查、萤光检查（图27）、泄漏检测（图28）和组织结构都应作为日常检查的基本手段。

4、结论

综上所述，在一个现代化的压铸生产单元内以压铸机为核心的铸造单元，根据工艺流程合理布置机器人的工作流程，达到快节拍、无故障、高质量的生产。同时也应在生产控制技术和质量检测手段上多下功夫。