鋁活塞中高壓鑄造用鹽芯自動化生產線的研制

劉冉冉

（山東凱文科技職業學院，山東 濟南 250200）

鋁活塞中高壓鑄造用鹽芯自動化生產線的研制

劉冉冉

（山東凱文科技職業學院，山東 濟南 250200）

具有內冷油腔的鋁活塞是高端汽車發動機的關鍵零件，活塞內冷油腔是活塞鑄造時預置鹽芯形成的。本項目主要針對鹽芯生產企業的單機、手工送料、手工壓制、手工涂抹及手工取環這種制約高效率生產鹽芯的瓶頸問題，研制鹽芯自動化生產線，實現了鹽芯的自動化生產。鹽芯自動化生產線是一項上料速度快、抓取時間短、減少人工勞動強度、提高生產效率的先進技術。

活塞；鹽芯；自動化生產線；

活塞是發動機的關鍵零部件之一，隨著汽車功率及速度的提高，發動機及活塞要具備很好的的散熱性能。為了滿足發動機及活塞使用要求,必須顯著排除高增壓發動機和高負荷柴油機的燃燒過程所產生的熱量。為此，工程技術人員設計出具有整體內冷油腔的活塞，實現了對活塞強制冷卻,提高了活塞的降溫散熱能力，滿足了發動機使用要求。具有整體內冷油腔的活塞是在活塞頭部設計了內冷油腔。內冷油腔的形成采用水溶性鹽芯法。將鹽芯安放到活塞模具上，以其作為油腔的型芯，在鋁活塞鑄造過程中用鹽芯成型內冷卻油道。鹽芯是以水溶性鹽為基體制作的，其遇水溶解便于脫芯。之后，在澆鑄好的鋁活塞的桶壁上沿軸向鉆出進油孔和出油孔，用高壓水將鹽芯沖出,最后形成與鹽芯形狀相同的冷卻油腔(如圖1)。

圖1 鹽芯在活塞內被沖出來后形成內冷空腔

鹽芯鋁活塞，即在鋁活塞鑄造過程中用鹽芯形成其內冷卻油道的活塞。因內冷卻油道內腔較大、油道出口小且數量少,故一般選用易脫芯的水溶性鹽芯。水溶性鹽芯（以下簡稱鹽芯）是指以水溶性鹽為基體制作的鹽芯，其特點是遇水溶解,與其它類型的鹽芯相比,主要優點在于脫芯方便。基于此，鹽芯有了一個穩定且巨大的需求市場，以致于出現鹽芯生產企業供不應求的現象。針對鹽芯生產企業的單機、手工涂抹脫模劑、手工取鹽芯等原始落后的制約高效率生產型芯的現狀，提出了研制鹽芯自動化生產線的方案，以實現鹽芯的高效、自動化生產。

1 當前國內外情況

據科技查新報告相關數據顯示：國內未見采用由上料機械手、鹽芯取放機械手、自動補料機械手、鹽芯傳送機構及數控系統組成的6臺壓力機聯合研發鹽芯生產自動化生產線的文獻報道。根據課題組對國內鹽芯生產基地——山東濱州生產情況調查顯示，目前鹽芯生產過程均采用手工加工，效率低，遠不能滿足市場需求。

根據互聯網及對相關企業調查，目前日本有單機鹽芯自動化生產設備，尚未實現鹽芯自動化生產線的流水線作業。為此，課題組根據企業需求，針對鹽芯生產企業的單機、手工送料、手工壓制、手工涂抹及手工取環等缺陷，對鹽芯生產過程進行充分調研，結合企業生產實際，提出了鹽芯自動化生產線研制方案，設計了鹽芯自動化生產線。

2 鹽芯自動化生產線原理及功能

鹽芯自動化生產線主要包含6臺壓力機，每臺壓力機配備一套壓力機下模槽內涂抹機械手、壓頭端面涂抹機械手、送料機械手、取放機械手、傳送裝置及數控系統。整個生產線采用PLC控制，且根據生產流程要求設置了取放機械手與鹽環壓力機上下模研制缸之間的互鎖，確保了機械手、壓力機正常工作的安全可靠性。該生產線實現了鹽芯的自動化生產節大大提高生產效率。對企業來說，節約了生產時間，提高了生產效率，可極大地提高企業的經濟效益。壓頭端面涂抹機械手主要由塑形擠壓滾軸、涂抹劑儲料倉、直線氣缸等組成，如圖2所示。

壓力機下槽內涂抹機械手主要由涂抹劑儲料倉、涂抹針頭和針頭旋轉機構（同步帶輪帶動）、直線氣缸、電磁氣閥等組成，如圖3所示。

鹽環自動化生產線采用PLC控制，其送料機械手、取環機械手與壓力機上下模壓制缸之間設置互鎖，確保了機械手與壓力機工作時互不干擾、安全可靠。取環機械手主要由直線氣缸、回轉氣缸、機械夾、PLC控制器等組成，如圖4所示。

圖2 壓頭端面涂抹機械手示意圖

根據鹽芯人工生產過程，研制的鹽芯自動化生產線其工作過程如下：第一步：壓力機下槽內涂抹機械手和壓頭端面涂抹機械手同時起動，壓力機下槽內涂抹機械手的6個涂抹針頭進入槽內，在同步帶輪的傳動下涂抹針頭順時針旋轉，完成圓周的涂抹操作。同時壓頭端面涂抹機械手的塑形擠壓滾軸在直線氣缸的推動下將涂抹劑均勻的涂抹在壓力機壓注時的上表面。第二步：涂抹完成之后，壓力機往下運動壓注出型芯。第三步：型芯壓注完之后，壓力機下模模芯向上運動將型芯頂出，這時取放機械手啟動，將壓制好的型芯取出放置在傳送帶上。

研制的鹽芯自動化生產線正常工作時，鹽芯生產節拍小于或等于8秒，提高生產效率18倍。對企業來說，節約了生產時間，減少了員工的資源浪費，提高了生產效率，極大地提高了企業的經濟效益。于2015年11月完成了鹽芯的上料機械手、模芯取放機械手等研制，并已在濱州正道機械制造有限公司應用。

3 技術性能指標

鹽芯自動化生產線的主要技術指標：

壓力機額定壓力：100噸

涂抹時間：2s

圖3 下模槽內涂抹機械手示意圖

圖4 取放機械手示意圖

壓制時間：4s

取環時間：2s

主要經濟指標：型芯生產節拍小于或等于10秒，與目前單臺、單件手工生產大大提高生產效率。

4 研究意義

“鹽環自動化生產線”是一項全自動化裝置，徹底改變鹽芯單機生產、單人手工加工、效率低、成品率低等不能滿足市場需求的現狀；實現了脫模劑涂抹均勻、型芯取放時間短、減少人工勞動強度，填補了型芯自動化生產技術的國內空白；該技術可以推廣應用到全國各地圓環型芯生產廠家。

[1]《機械設計手冊》編委會.機械設計手冊.機械工業出版社，2007:7～130.

[2]朱照紅.機電控制技術.機械工業出版社，2010,10,1.

[3]成大先，機械設計手冊第四版第3卷.化學工業出版社，2010,01.

V233.7+4

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1671-0711（2016）11（上）-0111-02