壓鑄合金鑄錠生產(chǎn)線的改造

林國(guó)新

（廣東中金嶺南設(shè)備科技有限公司，廣東 韶關(guān) 512023）

韶關(guān)冶煉廠是國(guó)內(nèi)重要的鉛鋅生產(chǎn)基地，它的主要產(chǎn)品有鋅錠、鉛錠、合金產(chǎn)品、金錠、銀錠等。壓鑄合金是合金產(chǎn)品的重要組成部分，壓鑄合金的生產(chǎn)是基于鋅與一定量的鋁、鉛或銻等金屬在液態(tài)或固態(tài)都能完全互溶，根據(jù)用戶要求，在純鋅中配入鋁、鉛或銻等合金元素，控制在一定的溫度下攪拌均勻，按要求鑄錠成型制得。現(xiàn)在，通過對(duì)韶關(guān)冶煉廠壓鑄合金鑄錠生產(chǎn)線的改造，使設(shè)備運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠，減少生產(chǎn)員工人數(shù)，降低員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

1 鑄錠機(jī)的改進(jìn)

1.1 錠模的改進(jìn)

（1）材料的改進(jìn)。原來(lái)錠模的材料是耐熱鑄鐵，在使用過程中，錠模的內(nèi)腔易被氧化，商標(biāo)在使用時(shí)間不長(zhǎng)的情況下被腐蝕易模糊不清，鑄出來(lái)的合金錠商標(biāo)不清晰、表面有麻花狀的現(xiàn)象，容易產(chǎn)生質(zhì)量問題，從而使得錠模的使用周期不長(zhǎng)，需要經(jīng)常更換，增加了生產(chǎn)成本。現(xiàn)在采用的材料是RTCr-1．5，即在耐熱鑄鐵中加入適量的鉻（約1．5%～1．8%），使鑄件表面形成一層致密的CrO3氧化膜，使鑄件的耐熱性能、高溫下的抗氧化能力明顯提高，錠模的使用時(shí)間較過去提升了1/3以上，大大降低了生產(chǎn)成本。

（2）商標(biāo)位置的變更。錠模的商標(biāo)原來(lái)位于錠模的中間位置，該位置恰好位于錠模的澆鑄位置。由于長(zhǎng)期的合金液直接沖刷，商標(biāo)容易被腐蝕，導(dǎo)致鋅錠的商標(biāo)模糊，產(chǎn)品的外觀質(zhì)量受到影響。現(xiàn)將商標(biāo)的位置由中間位置調(diào)整到兩邊位置，避免了這種情況的發(fā)生（見圖1）。

（3）錠模支撐邊增加厚度，提高抗擊打的能力。錠模是通過兩邊的支撐邊安裝在鏈板上的，由于有時(shí)候合金錠無(wú)法自然脫落，需要敲擊支撐邊使合金錠脫離錠模。由于長(zhǎng)期的敲擊，敲擊的部位易產(chǎn)生裂紋而導(dǎo)致斷裂。現(xiàn)在增加支撐邊的厚度，由原來(lái)的15mm增加到20mm，提高了錠模的抗敲打能力，延長(zhǎng)了錠模的使用壽命。

1.2 冷卻方式的改進(jìn)

原來(lái)的冷卻方式是在鑄錠機(jī)的錠模表面上放置噴淋點(diǎn)，用循環(huán)水在合金錠表面噴淋直接降溫。這種冷卻方式能將合金錠迅速降溫，但是，由于這種方式會(huì)導(dǎo)致大量的冷卻水進(jìn)入錠模，經(jīng)過一定時(shí)間的使用后，錠模內(nèi)腔容易產(chǎn)生銹跡，影響了合金錠的產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)過改進(jìn)，現(xiàn)在在上下兩層錠模之間安裝冷卻噴淋管和接水盤，冷卻水直接噴淋在錠模底部進(jìn)行降溫，而合金錠表面采用霧化噴嘴進(jìn)行冷卻，同時(shí)，為了避免合金錠表面產(chǎn)生積水，在霧化噴嘴的旁邊增加一個(gè)壓縮空氣噴嘴，及時(shí)將積水吹走，減少對(duì)錠模的影響。

1.3 澆鑄滾筒的改進(jìn)

原來(lái)澆鑄滾筒的材質(zhì)是304不銹鋼，合金液體澆鑄的溫度是480～550℃，304不銹鋼的理論使用溫度是-190～860℃，而304不銹鋼在450℃時(shí)有個(gè)臨界點(diǎn)，情況如下：304不銹鋼在450℃以上的時(shí)候，會(huì)稀釋碳周邊的鉻，從而形成碳化鉻，造成貧鉻區(qū)，性能和結(jié)構(gòu)都發(fā)生了變化，降低了304不銹鋼的耐腐蝕性，從而證明304不銹鋼不適合長(zhǎng)期在450℃以上的溫度下使用，否則容易被腐蝕。經(jīng)過多種材料的使用和實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)310S不銹鋼能比較好的適應(yīng)此種工況。310S不銹鋼的最高工作溫度為1200℃，連續(xù)使用溫度在1150℃左右。310S不銹鋼具有較好的抗氧化性、耐腐蝕性，因?yàn)橛休^高百分比的鉻和鎳，在高溫的工況下能連續(xù)使用。

2 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

壓鑄合金鑄錠生產(chǎn)線的主要?jiǎng)趧?dòng)力配置在刮渣和碼垛崗位上，這兩個(gè)崗位勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全系數(shù)低。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，我公司與泉州市微柏工業(yè)機(jī)器人研究院有限公司聯(lián)合定制開發(fā)了刮渣機(jī)器人及碼垛機(jī)器人，部分崗位有效的替代人工，降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)安全系數(shù)，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

2.1 刮渣機(jī)器人

（1）工作流程。合金液體經(jīng)由澆鑄滾筒澆鑄至鑄錠線上，待流經(jīng)刮渣機(jī)器人所在的區(qū)域時(shí)，由刮渣機(jī)器人執(zhí)行刮渣的操作；刮渣機(jī)器人的末端刮板在切入鋅液之后，在刮渣的過程中，刮板與合金液的夾角逐漸變小，另一個(gè)方向則由刮渣機(jī)器人依靠尋跡跟進(jìn)的方式提供一個(gè)跟鑄錠線一致的速度，確保刮渣的過程中平穩(wěn)進(jìn)行；待刮渣機(jī)器人將鋅渣推送至模具后端時(shí)，此時(shí)，執(zhí)行上提操作，將刮板中的鋅渣撈起，以待后期的轉(zhuǎn)運(yùn)甩渣的動(dòng)作。

（2）機(jī)器人技術(shù)參數(shù)（如表1）。

表1

（3）刮渣裝置介紹。刮渣裝置主要由手柄、鏟柄兩部分構(gòu)成。兩種鏟板的末端寬度依產(chǎn)品錠塊的實(shí)際寬度確認(rèn)，手柄的長(zhǎng)度在鋅合金刮渣機(jī)器人的有效行程內(nèi)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整，鏟柄類型根據(jù)產(chǎn)品種類分為實(shí)心狀或網(wǎng)格狀。刮渣效果明顯，互換性高，與機(jī)器人兼容性高。

（4）刮渣工藝描述。刮渣工藝包含跟蹤工藝、脫模檢測(cè)、起始偏移、錠模糾偏工藝。①跟蹤工藝。機(jī)器人刮渣首先要解決機(jī)器人動(dòng)態(tài)跟隨鑄錠機(jī)運(yùn)行，保證鑄錠機(jī)在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)刮渣動(dòng)作。可采用模擬量跟蹤方式，該方式通過采集鑄錠機(jī)組變頻器的模擬量反饋給機(jī)器人系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)測(cè)定鑄錠線生產(chǎn)速度。②脫模檢測(cè)。在鑄錠機(jī)生產(chǎn)過程中，難免出現(xiàn)錠模內(nèi)的錠未正常脫落，導(dǎo)致前道工序再執(zhí)行，往往造成刮渣機(jī)器人下刮后刮板卡住變形，無(wú)法正常生產(chǎn)。通過檢測(cè)未鑄錠錠模狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)規(guī)避未脫落的錠模，從而保護(hù)刮板。③起始偏移。鑄錠機(jī)組錠模間距偏差或刮渣效果不佳情況下，對(duì)刮渣位置點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)易的數(shù)字更改，實(shí)現(xiàn)整體偏移。④錠模糾偏工藝。在采集模擬量信號(hào)進(jìn)行跟蹤時(shí)，如果錠模歪斜，會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人在執(zhí)行刮渣動(dòng)作時(shí)刮板與錠模出現(xiàn)刮碰，從而觸發(fā)力矩保護(hù)機(jī)制。開啟模具糾偏工藝后，EtherCAT總線通訊協(xié)議，采集讀取機(jī)器人各關(guān)節(jié)的力矩?cái)?shù)據(jù)，設(shè)定正常刮渣時(shí)關(guān)鍵軸的力矩范圍。在正常刮渣動(dòng)作力矩內(nèi)，按照采集信號(hào)進(jìn)行跟蹤，當(dāng)出現(xiàn)力矩超過設(shè)定范圍，機(jī)器人實(shí)時(shí)對(duì)跟蹤速度進(jìn)行增量變化，以糾偏歪斜的錠模。

2.2 碼垛機(jī)器人

（1）工作流程。當(dāng)合金錠經(jīng)鑄錠線輸送至末端時(shí)，待平穩(wěn)落料至接錠線上時(shí)，便開始通過鏈條進(jìn)行運(yùn)輸；經(jīng)接錠線傳輸，合金錠流經(jīng)整平裝置所在區(qū)域時(shí)，下方的阻擋氣缸阻擋合金錠向前輸送，隨即兩側(cè)的整平氣缸將向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，將合金錠夾緊整平，整平完成后阻擋氣缸下降，合金錠繼續(xù)輸送；經(jīng)過整平工序后，合金錠流經(jīng)翻錠裝置所在區(qū)域，根據(jù)碼垛工藝進(jìn)行翻錠操作，如不需翻面，將直接放行通過。如需要翻錠，則兩側(cè)的阻擋氣缸將進(jìn)行工作，阻擋合金錠前行，同時(shí)，翻錠裝置將合金錠進(jìn)行翻轉(zhuǎn)；完成前兩道工序的合金錠最后流轉(zhuǎn)至接錠線末端區(qū)域，在頂升前，兩側(cè)的整平氣缸會(huì)再次將合金錠整平，確保碼垛機(jī)器人碼垛作業(yè)，隨后，頂升氣缸將相應(yīng)數(shù)量的合金錠頂起，以便等候碼垛機(jī)器人的夾取作業(yè)；合金錠運(yùn)送至接錠線末端的碼垛區(qū)域時(shí)，頂升裝置將相應(yīng)數(shù)量的合金錠頂起，等待碼垛機(jī)器人夾取，隨后放置碼垛在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)。

（2）機(jī)器人技術(shù)參數(shù)（如表2）。

表2

（3）翻轉(zhuǎn)裝置介紹：①支架部分采用6．3#槽鋼拼焊而成，確保整體剛性需求；②翻轉(zhuǎn)方式由步進(jìn)電機(jī)配合NMRV減速機(jī)完成同步翻轉(zhuǎn)的要求；③阻擋方式采用氣缸推出用于阻斷或者放行合金錠；④在特定位置加裝有位置傳感器，用于判別當(dāng)前合金錠的正反面，并依碼垛工藝要求，與翻轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，從而完成合金錠的翻轉(zhuǎn)任務(wù)。

（4）合金錠夾爪介紹：①采用鋼板拼鎖的方式，便于安裝及維護(hù)。對(duì)鋼板的特定位置鏤空處理，在不影響整體剛性的同時(shí)還可以減輕夾爪重量；②采用氣缸帶動(dòng)機(jī)械連桿，讓最終夾取的區(qū)域的運(yùn)動(dòng)方式為平動(dòng)，可以適用于合金錠碼垛的不同工藝堆疊任務(wù)；③夾爪的夾持位置采用鋸齒狀，可以有效夾持合金錠，確保其不容易掉錠。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)原有鑄錠生產(chǎn)線的不足進(jìn)行了分析，并且進(jìn)行了全方面的改造，同時(shí)，應(yīng)用了比較先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人，使生產(chǎn)線的運(yùn)行安全性和使用壽命都得到了提升，減少了崗位工人的數(shù)量，提升了經(jīng)濟(jì)效益，大大提升了工廠的自動(dòng)化水平。