机器人在精密铸造行业中的应用与发展

武汉中精金属制品有限公司 厂长刘志刚

一、铸造机器人在精铸行业应用现状

精密铸造行业是一个相对劳动密集和技术密集的行业，很多工序如制壳、焙烧、浇注、清理及打磨等工序劳动强度高，环境恶劣，同时对操作技能要求也高。其工艺过程的部分工序如制壳工序的机械手和机器人的应用在国外已有30年。

最早出现的机械手是液压、气动或电驱动的，降低了工人劳动强度，但柔性不够，仅能做背层制壳。

部分工序如制壳、浇注、清理的搬运也有采用助力机械手来减少工人劳动强度。

由于精铸生产大部分企业面临多品种、小批量生产，生产柔性非常重要，精铸行业开始出现以伺服电机驱动的数字机器人和上位机控制结合的制壳自动化生产线，代表企业为国外VA TECH公司和Shell-O-Matic公司等。这类系统以条形码为产品进行编号和记录，与悬挂干燥线配合，可以进行面层制壳生产，可以在连续生产过程中对不同产品进行不同的工艺控制和生产记录，保证了精铸生产的质量稳定性和可控性。但整体价格比较高，单线采购价格过千万，目前仅相关军工企业和大型企业才有购买。

电动专用制壳机械手

单臂制壳机械手

助力机械手在震壳中的应用

通用伺服机器人在制壳干燥线的应用

通用伺服机器人在沾浆制壳中的应用

另外，机器人同时也应用于精铸行业的浇注、切割及打磨工序，有些还可以针对复杂曲线的叶片进行打磨和抛光。

但目前国内熟悉精铸行业的机器人集成商太少，大部分的应用均是国外公司，价格和服务对一般精铸企业有一定困难。

正因为如此，直到目前为止，国内绝大多数的精密铸造厂中仍然由人力来完成许多繁重的工作。铸造厂中的工作环境和繁重的体力劳动早已将实现自动化生产提到了议事日程上，而采用机器人则是一个重要的解决途径。以工业机器人及自动化为核心的智能化装备正掀起一场装备行业颠覆性的革命，在铸造、金属加工等一些极端特殊行业及繁重作业领域，以武汉中精金属制品有限公司为代表的创新型企业，致力于工业机器人的应用开发与系统集成，在精密铸造业掀起了一场装备产业的升级革命，让工业机器人无以伦比的柔性化生产优势，在重要关键工序大显神通，为企业获取商机、赢得未来提供了可能。

通用机器人在翻转炉浇注上应用

人工沾浆制壳

机器人沾浆制壳

机器人应用于铸造行业可大大提高铸件的生产效率及品质稳定性，可以有效降低工人的劳功强度和劳动技能，可以避免一些人身伤害事故和职业病产生，对业务宣传也有积极作用。目前，国外一些有实力的大型铸造企业已经大规模使用机器人来替代人工生产，效益显著提高，而我国目前只有极少数的铸造企业使用机器人。一直以来以人工为主、劳动力密集的铸造行业，机器人的应用将是大势所趋。特别是当前，铸件品质的稳定性直接决定着其市场反响如何，为此铸造厂不断谋求加快引入自动化进程，以降低废品率，提高生产效率。

我公司多年来一直从事精密铸造模具和精铸后处理设备开发。为了促进中国精密铸造行业又好又快地实现跨越式发展，降低精铸行业重体力工序工人劳动强度和劳动技能，我公司自2011年开始，与ABB机器人合作开展机器人在精密铸造企业的应用工程，目前已经完成了沾浆制壳、去除毛边飞翅、抛光打磨以及在线视频检测等机器人自动化项目。另外，还开发了全自动内浇口打磨机等自动化设备。

二、沾浆制壳

通过对传统人工精密铸造沾浆制壳生产线的智能化改造，让工业机器人在合适的时间、工位，采用合适的动作模式，担当合适的功能，当理想的沾浆制壳工艺确定之后，机器人将严格按照程序操作，使工艺达到极高的可重复性，保证了型壳质量的稳定与生产节拍的可控性；机器人还尤如大力神一般，搬运能力最大可达到500kg，臂展达到3.5m，一举克服了劳动密集型人工操作存在的难题，将力量与精度完美结合，大幅提升了生产效率，而且能自动采集各个环节的信息，并反馈给电脑，实现与ERP等管理软件的无缝对接。

对于一些复杂的铸件如航空叶轮来说，其内腔形状复杂，制壳层数多达10层，到第8层时就会变得非常沉重，可达80kg以上，传统的人工沾浆制壳，需两名年富力强的工人抬着操作，而且由于各种化学粘结剂、消泡剂、润湿剂的使用，会产生大量的灰尘以及有刺激性的气体，从而使现场的工作条件变得非常恶劣。如果每天用手工来搬运大量的如此沉重的零件，工人的劳动强度将会很高。但机器人的防护级别可以在有灰尘及有刺激性气体的条件下24h不间断工作，也不需要特殊的维护。

由于现代机器人均是数字化控制，同时由于电子芯片技术的应用，自动编程和自动记录成为可能，既使多品种、小批量生产，也可以实现制壳过程取消工艺卡片，以及生产数据自动记录等，大大简化了生产管理和统计的工作量，使企业的现代化管理提高档次，质量稳定性得以保证。

三、去除浇冒口飞边、抛光打磨

近年来，在工业发达国家的铸造厂中机器人在清理工部中的应用不断增加，机器人正在逐步取代铸件清理过程中的人工劳动。机器人可高效准确地去除铸件的飞边、毛翅，提高铸件的标准性，并有效降低人为因素出现的质量参差不齐的现象，解决用工难、人工成本高的弊端。

1.由机器人夹持工具

该方案适合于大中型铸件清整，其优点：一是可以从工具库中选择所需的工具；二是可磨削铸件的内部表面。

其主要限制是：

（1）被磨削的铸件表面质量直接取决于工具的坚硬程度，机器人的肘部是不允许使用坚硬工具的。

（2）机器人的标定工作速率是磨削机的一半。

（3）机器人的程序主要是在线编制而需停止生产。

（4）铸件最大尺寸受到机器人工作范围的限制。

2.由机器人夹持铸件

该方案适用于有一定批量的小型铸件。其优点：一是可以适应很复杂的几何形状；二是在磨削后可将铸件直接放到发货架上。

其主要限制是：

（1）由于机器人腕部的振动，只能提供低的速率和力量。

机器人夹持工具去毛刺打磨

（2）对于每种铸件要有相应的手抓。

（3）对于每种新铸件需要待机来编程。

（4）铸件重量的增加将使机器人的工作精度降低。

四.铸造机器人应用展望

在智能化机器人赢得质量与效率双幅提升的同时，对于降低成本，减少用工，铸造机器人自动化的优势也显露无遗。随着年轻一代员工逐步接替老一代员工成为企业的主力军，相比其父辈，他们在职场上展现了知识优势，对工作环境期望值更高，但缺乏吃苦耐劳、艰苦奋斗的拼搏精神，他们更想在工作中享受乐趣，运用自己的知识来体现价值，而铸造机器人自动化与智能化很好地迎合了时代发展的需求，显现出极强的生命力。

值得我们关注的，与国外发达国家相比，我国每万名操作工人中拥有机器人的数量仍十分有限，不到发达国家的1/3，国内传统制造企业总体上仍以劳动密集型的人工作业为主，装备智能化、自动化程度较低。而对一些处于价值链低端的生产企业，由于产品附加值较低，仍以粗犷的简单劳动求得生存，无法引入相对来说较为昂贵的工业机器人，这些企业的成长及未来发展将明显处于不利地位。因此，工业机器人与自动化的推广与应用任重而道远。

机器人夹持工件去毛刺打磨

企业最终赢得未来并实现可持续发展无非归结于优秀的人才、良好的机制、优秀的管理、有竞争力的产品等软实力要素，以及用先进制造装备武装的高度柔性化生产线。随着国内产业升级步伐加快，工业机器人将以每年30%的速度递增，预计在10年时间内，中国将大步迈进工业机器人时代。装备制造业作为中国的基础支柱产业，在未来中国经济前行中将发挥着不可替代的作用。随着全球经济一体化程度的深入，中国铸件总产量不断攀升，技术持续进步，中国正在由“铸造大国”向“铸造强国”迅速转变！而中国铸造要从大国迈向强国，实现绿色铸造、低碳铸造目标，以工业机器人为核心的智能化与自动化装备革新，无疑将为越来越多的铸造企业提升竞争力，体现先进制造优势，以及赢得市场商机提供更有力的支撑。