汽車輪轂模具高壓水循環自動清理系統裝置及應用研究

李凱 王震 馬澤云 楊金嶺

摘要：汽車輪轂模具清理是模具生產使用過程的必要環節，通過對不同模具清理方法優缺點進行的分析比較，介紹了一種借助機器人、一些輔助機械和循環管路機構，通過汽車輪轂模具高壓水循環自動清理系統裝置及應用方法研究，并說明了其優越性。

關鍵詞：汽車輪轂模具；清理裝置；應用研究；方法

模具是產品成形的關鍵工具，有“制造之母”之稱。模具在使用后需要對表面渣子廢物、潤滑劑及油脂進行清理，以便下次生產并利于產品成形。汽車輪轂模具清理，工人勞動強度大、效率低，是汽車輪轂生產中提高效率的瓶頸，也是影響生產效率的因素。為解決該問題，適應高效生產，提高勞動生產率，特研究了一種汽車輪轂模具高壓水循環自動清理裝置系統及應用方法。

汽車輪轂模具清理方法分類

（1）人工清理法? 勞動強度大，費時費力。從環保和人性化角度分析，由于粉塵和噪聲的原因對工人呼吸系統和聽力有傷害。

（2）機械式清理法? 機械、液、電氣傳動頭部借助于機械磨頭和機械刷對模具表面進行清理，靈活性較差。

（3）噴砂、噴丸法? 用噴砂、噴丸設備，由于介質是固體會產生塵埃難分離，一般作為一種輔助方法。

（4）超聲波法? 利用水溶液進行清洗，一般只能作為一種輔助方法。

（5）激光清理法? 激光使用功率大，容易傷模具金屬表面，功率小無法清理模具金屬表面。

（6）化學清洗清理法? 對模具腐蝕是難題，后續清洗液難處理而且污染環境。

（7）高壓水、高壓蒸汽法? 借助機器人或固定噴嘴噴頭清理模具表面，介質靈活可循環使用。

（8）干冰清理法? 借助噴槍噴嘴、噴頭清理模具表面，介質靈活不可循環使用。

高壓水循環自動清理系統裝置

1.裝置功能

汽車輪轂模具高壓水循環自動清理系統裝置能夠解決如下問題：

1）準確干凈清理模具表面石墨和油膩。

2）熱風對模具表面進行吹干，防止模具腐蝕。

3）石墨和油泥與清洗液有效分離，清洗液再利用。

4）合理配比清洗液降低成本和防止腐蝕模具。

2.裝置結構組成

高壓水循環自動清理系統裝置結構如圖1所示，按功能主要分為6大機構。

1）翻轉夾緊機構，包括減速機、聯軸器、左旋轉軸、右旋轉軸、右活動架、伺服電動缸、主機架、導軌及減速電動機。

2）噴洗機構，包括六軸機器人、高壓清洗劑V形噴嘴。

3）清洗液分離機構，包括分離器、分離減速電動機、清洗劑收集箱及過濾網。

4）清洗液循環機構，包括清洗劑加熱裝置、高壓水泵、高壓清洗劑膠管及管支架。

5）吹干機構，包括熱風機單元和立柱。

6）石墨分離機構，包括分離器、提升機和收集器。

3.裝置結構及零部件關系

減速電動機置于電動機固定支架上并與減速機連接，減速機與聯軸器連接，聯軸器與左旋轉軸連接。汽車輪轂模具左孔插入左旋轉軸中，汽車輪轂模具右孔插入右旋轉軸中。左旋轉軸和右旋轉軸置于軸承中旋轉，右旋轉軸置于軸承中，它們都置于右活動架中。伺服電動缸左端與主基礎機架左端固定支架連接，伺服電動缸右端與右活動架連接，右活動架置于導軌上滑動，導軌固定置于主基礎機架上。六軸機器人置于地上的底座上。清洗劑加熱裝置置于地上。高壓水泵置于地上的底座上，高壓清洗劑管置于管支架上傳輸熱高壓清洗劑，高壓清洗劑V形噴嘴為噴置于機器人手臂頭部夾爪上。通過高壓清洗劑膠管將清洗劑加熱裝置和高壓水泵連接。利用六軸機器人手臂頭部行走軌跡可編程特點，六軸機器人手臂頭部V形噴嘴噴嘴在模具表面行走路線如圖2所示。一種從中心向邊沿沿著汽車輪轂輪輻筋的行走的軌跡，利用噴嘴中噴出的高壓清洗劑清理模具表面，另一種是沿中心多圈行走幾圈的軌跡。利用噴嘴中噴出的高壓熱清洗劑清理模具表面，達到干凈清理模具表面目的。

分離器主軸和從動軸帶動鋼絲篩網順時針O形循環轉動，分離器置于提升機左側上、主機架的溜槽正下方，分離減速電動機連接分離器主軸借助從動軸帶動鋼絲篩網順時針循環，經過鋼絲篩網過濾后清洗劑從分離器分離直接落入收集箱地溝中。同時模具清理下來的臟物沿著分離機鋼絲篩網被刮落入下端提升機中，通過提升機將大塊或小塊臟物收集到收集器中。分離下來的清洗劑通過過濾網過濾后通過管道和加壓泵重新回到清洗劑加熱裝置中再利用。清洗液補給管路為清洗劑加熱裝置中補充使用中丟失的清洗液。分離器、提升機、收集器都置于地溝中夾箍置于機器人手臂上夾緊其上輸送管和夾箍置于噴嘴固定座上夾緊其上輸送膠管和高壓清洗劑V形噴嘴，噴嘴固定座通過螺栓連接于機器人前臂端部。卡頭夾與輸送膠管頭端、V形噴嘴通過螺紋擰于卡頭端。收集器置于提升機右側下收集臟物。分離器置于收集箱上，提升機、收集器都置于地溝中。清洗劑收集箱置于地溝中，過濾網置于收集箱中間用于過濾再利用清洗液。熱風機單元置于立柱上對清理后模具表面進行熱風吹干，防止清洗液腐蝕模具。

裝置結構創新點

1）隨著人工成本的提高，機器人的普及其成本的降低，某些環境惡劣的工作崗位機器人代替人是必然趨勢。

2）熱風機單元吹干模具表面防止清洗液腐蝕模具。分離器能有效分離清洗液和模具清理下來的臟物，清洗液介質靈活可循環使用。分離器作為一個組件可設計為本裝置結構的O形循環轉動分離器，也可根據生產使用需要設計為離心分離式分離器。

3）利用六軸機器人手臂頭部行走軌跡可利用robot studio軟件編程的特點，實現對模具表面任意位置進行高壓清洗劑噴射，以及對模具表面任意位置清理。根據模具模芯凸凹表面成形結構借助于robot studio軟件對機器人噴嘴運動軌跡進行編程，實現對成形模具凸凹不平處進行重點重復高壓清洗清理，設計更加靈活。對容易清理模具位置表面一次（遍）清理完成，對于難清理鍛造模具位置表面可通過多次（遍）清理來完成，上述工作形成經驗數據存入專家數據庫通過一次編程即可完成。

具體實施過程及應用方法研究

汽車輪轂模具左孔插入左旋轉軸中，汽車輪轂模具右孔對準右旋轉軸。伺服電動缸右端帶動右活動架在導軌上向左滑動，模具右孔插入右旋轉軸中并在伺服電動缸右端夾緊力作用下，左旋轉軸和右旋轉軸在軸向上夾住模具。電動機主軸旋轉通過減速機即可實現左旋轉軸旋轉帶動夾住汽車輪轂模具旋轉。通過汽車輪轂模具正面和背面旋轉或360°旋轉，實現對汽車輪轂模具正面和背面的或其他位置的高壓噴射清洗清理表面雜物工作。

根據模具模芯凸凹表面成形結構借助于robot studio軟件對機器人噴嘴運動軌跡進行編程，實現對成形模具凸凹不平處進行重點重復高壓清洗清理，對容易清理模具位置表面一遍完成，對難清理模具位置表面的通過多次清理來完成。利用六軸機器人手臂頭部行走軌跡可編程特點，編寫好六軸機器人手臂頭部夾爪夾住的V形噴嘴在模具表面行走路線圖。利用噴嘴中噴出的高壓熱清洗劑清理模具表面，達到干凈的清理模具表面目的。

分離減速電動機連接分離器主軸，分離器置于提升機左側上、主機架的溜槽正下方，分離減速電動機連接分離器主軸借助從動軸帶動鋼絲篩網順時針循環，經過鋼絲篩網過濾后，清洗劑從分離器分離直接落入收集箱地溝中。同時模具清理下來的臟物，沿著分離機鋼絲篩網被刮落入下端提升機中。分離下來的清洗劑通過過濾網過濾后通過管道和加壓泵重新回到清洗劑加熱裝置中再利用。清洗液補給管路為清洗劑加熱裝置中補充使用中丟失的清洗液。置于立柱上的熱風機單元對清理后模具表面進行熱風吹干防止清洗液腐蝕模具。鍛造模具表面涂防護機油后即可入庫待用。

結語

以上介紹的是一種借助機器人和一些輔助機械及循環管路機構通過高壓水循環自動清理系統裝置及使用方法。該裝置解決了工人清理鍛造模具效率低、勞動強度大問題，提高了生產效率，具有縮短鍛造模具清理時間、提高清理效率及裝置安全可靠等優點。