生产铝活塞毛坯的自动铸造机的制作方法

本发明属于铸造生产线设备领域，涉及一种生产铝活塞毛坯的自动铸造机。

背景技术：

随着发动机排放要求和强化程度的提升，各大汽车公司、发动机厂在设计上不断提高发动机的爆发压力和升功率，普通铝活塞的强度已达到材料极限，越来越不能满足日益发展的设计要求，在这种背景下产生了高强高压铝活塞。

高强高压铝活塞是指在活塞头部燃烧室部位放入预制件，在高压气压力作用下使高温液态铝液挤入到预制件中形成，使活塞燃烧室头部得到增强。该活塞爆发压力能达到23MPa，是普通铝活塞不能比的。

目前此种活塞还非常少见，最常用的生产方式是在四柱压力机上采用挤压铸造生产模式，生产效率低，出品率低，生产难度很大。

现有设备四柱压力机的缺点为：

1、生产效率低、工人劳动强度大。

现有设备不是制作此高强高压活塞的专用设备。整个过程，浇注、取件等动作为操作者手工完成，因铝液重致使操作时间长、工人劳动强度大；设备循环节拍长，造成生产效率低。

2、质量不稳定。

浇注前需将铝液进行称量，受人为因素影响铝液重量得不到稳定控制；上模下行机构为浮动结构，终端位置得不到很好控制，产品尺寸不稳定。

3、成本高。

现有设备需3人配合才能操作1台设备，单位产量人工成本高；模具复杂，制造费用昂贵；加工与两大。后续机加工成本高。

4、安全隐患大。

设备挤压时压力大，容易使铝液溅出，存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种生产效率高、产品质量好、活塞成本低、安全隐患低的生产铝活塞毛坯的自动铸造机。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的生产铝活塞毛坯的自动铸造机，其特征在于：包括相互配合使用的铸造主机、取铸件及铸淬机械手、浇注机器人；

铸造主机，包括床身和主框架，主框架安装在床身上端，床身内安装有中芯机构，主框架上安装有外模机构和顶模机构，外模机构操纵左右两半外模的开合，顶模机构操纵顶模与外模之间的开合，中芯机构操纵中芯的升降；

取铸件及铸淬机械手，包括大支架、安装在大支架上的三轴联动机构、安装在三轴联动机构上的气爪，气爪用于从铸造主机拿取铸件；

浇注机器人，包括相互连接的ABB六轴工业机器人和浇注第七轴，浇注第七轴末端设有浇勺，浇勺用于舀取熔融金属液倒入铸造主机上的模具内。

铸造主机中，外模机构包括固定安装在主框架上的大滑台和左右两个外模油缸，大滑台上滑动安装有左右两个外模滑台，一个外模油缸通过外模油缸连接件与一个外模滑台相连，两件外模分别安装在两件外模滑台上。

铸造主机中，顶模机构包括顶模油缸、导向杆、导向铜套；顶模油缸、导向铜套固定在主框架上，顶模油缸的活塞杆经支撑连接件与顶模相固定，带动顶模作上下开合模动作，同时支撑连接件与导向杆下端固定，导向杆在顶模油缸的带动下在导向铜套内上下运动。

铸造主机中，外模滑台上安装有顶模滑块油缸，顶模滑块油缸连接顶模滑块。

铸造主机中，中芯机构包括中芯油缸、导向铜套、导向杆、中芯托架；中芯油缸、导向铜套固定在床身上，中心油缸的活塞杆经中心托架连接内芯从而带动内芯作上下运动，中芯托架经连接板连接导向杆，导向杆在导向铜套内上下滑动；床身上安装有行程开关，以控制中芯气缸的行程。

取铸件及铸淬机械手，三轴联动机构包括纵向滑台、气爪上下油缸和气爪水平气缸；大支架上装有横梁，横梁上装有相互平行的齿条、直线导轨副，直线导轨副的滑块上安装纵向滑台；纵向滑台上安装有伺服电机、减速机，还安装有气爪上下油缸，伺服电机与减速机连接在一起，减速机输出轴连接齿轮，齿轮与齿条啮合，带动纵向滑台水平运动；气爪上下油缸的活塞杆上端与连接板连接在一起，连接板下面连接竖直导向柱，连接板能够上下运动，连接板上安装气爪水平气缸和可滑动的水平导向杆；气爪水平气缸的活塞杆连接气爪和导向杆。

浇注机器人，包括ABB六轴工业机器人和浇注第七轴，浇注第七轴通过机器人连接法兰与ABB六轴工业机器人的连接端固定连接；浇注第七轴包括第七轴电机、第七轴减速机、传动杆、直角齿轮箱和浇勺，第七轴电机连接第七轴减速机，第七轴减速机通过轴承、减速机联轴器与传动杆连接，传动杆的下端与直角齿轮箱通过轴承、齿轮箱联轴器连接，直角齿轮箱输出轴与浇勺连接。

浇注机器人中，传动杆外侧还设置有传动杆外壳，传动杆外壳安装在减速机联轴器的外壳和齿轮箱联轴器的外壳之间。

浇注机器人中，传动杆外壳还安装有探针。

本发明的生产铝活塞毛坯的自动铸造机，还包括PLC控制器。

本发明的有益效果是，本发明实现了铝活塞毛坯铸造过程的自动化生产，提高了生产效率、降低了工人劳动强度、减少了人为因素对铝活塞铸造质量的影响，毛坯质量稳定；采用机器人第七轴的伺服电机旋转来控制浇勺角度进而能够精准的控制铝液重量，精度在1%；自动化生产模式使操作者由原来的3人操作一台设备减少到1人操作1台设备，单台产量人工成本大幅度降低，同时新的模具设计使模具制造成本大幅度降低，产品余量小、后期加工余量小，最终使产品成本降低；前后自动门设计提高了设备安全性。

附图说明

图1是本发明铝活塞自动铸造机的布局示意图。

图2是本发明的铸造机主机结构示意图。

图3是本发明中的外模机构的结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是本发明中的顶模机构的结构示意图。

图6是本发明中的中芯机构的结构示意图。

图7是本发明中的取铸件及铸淬机构的结构示意图。

图8是图7的左视图。

图9是图7的俯视图。

图10是本发明中的浇注机器人的结构示意图。

图11是第七轴主视图示意图。

图12是第七轴左视图示意图。

其中：Ⅰ、铸造主机，Ⅱ、取铸件及铸淬机械手，Ⅲ、浇注机器人（含浇注第七轴）、Ⅳ、液压站，Ⅴ、铸淬水箱及滑道，Ⅵ、盐芯旋转预热炉，Ⅶ、镶圈渗铝炉，Ⅷ、铝液保温炉，1、床身，2、高刚性主框架，3、操作面板直角拐臂，4、回水盒，5、液压阀组，6、液压阀组，7、外模油缸，8、外模油缸连接件，9、外模滑台，10、外模，11、大滑台，12、止口圈，13、顶模，14、内芯，15、顶模滑块油缸，16、顶模滑块油缸连接轴，17、顶模滑块油缸连接块，18、滑块固定块，19、顶模滑块，20、顶模油缸，21、导向杆上连接板，22、导向杆，23、导向铜套，24、顶模油缸连接轴，25、导向杆下连接板，26、顶模支撑杆，27、中芯油缸，28、行程开关支架，29、行程开关，30、导向铜套，31、导向杆，32、行程开关撞杆，33、行程开关撞块，34、中芯托架，35、托架轴销，36、内芯，37、气爪，38、连接块，39、浮动接头，40、活塞毛坯，41、气爪上下油缸，42、伺服电机，43、减速机，44、连接板，45、支架，46、竖直导向柱，47、纵向滑台，48、横梁，49、支架，50、齿条，51、直线导轨，52、后支架，53、气爪水平气缸，54、固定支架，55、导向杆，56、浮动接头，57、连接块，58、前支架，59、ABB六轴工业机器人，60、浇注第七轴，61、第七轴电机，62、第七轴减速机，63、减速机联轴器，64、轴承，65、传动杆，66、探针，67、轴承，68、齿轮箱联轴器，69、直角齿轮箱，70、浇勺，71、浇勺连接板，72、连接块，73、传动轴外壳，74、机器人连接法兰。

具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。

如图1所示，本发明的铝活塞自动铸造机包括相互配合使用的两台铸造主机Ⅰ、两台取铸件及铸淬机械手Ⅱ、一台浇注机器人含浇注第七轴Ⅲ、一台液压站Ⅳ、两件铸淬水箱及滑道Ⅴ、两台盐芯旋转预热炉Ⅵ、一台镶圈渗铝炉Ⅶ、两台铝液保温炉Ⅷ等，还包括PLC控制器。

铸造主机，包括床身和主框架，主框架安装在床身上端，床身内安装有中芯机构，主框架上安装有外模机构和顶模机构，外模机构操纵左右两半外模的开合，顶模机构操纵顶模与外模之间的开合，中芯机构操纵中芯的升降；

取铸件及铸淬机械手，包括大支架、安装在大支架上的三轴联动机构、安装在三轴联动机构上的气爪，气爪用于从铸造主机拿取铸件；

浇注机器人，包括相互连接的ABB六轴工业机器人和浇注第七轴，浇注第七轴末端设有浇勺，浇勺用于舀取熔融金属液倒入铸造主机上的模具内。

该设备的详细结构如下。

铸造主机的结构如图2所示，包括床身1和高刚性主框架2，床身1下底面上安装有中芯机构Ⅰ-3，左右两边分别固定操作面板直角拐臂3、回水盒4、液压阀组5和、6；高刚性主框架2安装在床身1上，其上安装有外模机构Ⅰ-1和顶模机构Ⅰ-2。

外模机构Ⅰ-1的结构如图3和图4所示，包括固定安装在高刚性主框架2上的大滑台11和左右两个外模油缸7，大滑台11上滑动安装有左右两个外模滑台9，外模油缸7通过外模油缸连接件8与外模滑台9相连，2件外模10分别安装在两件外模滑台9上。外模滑台9上安装有顶模滑块油缸15，顶模滑块油缸15通过顶模滑块油缸连接轴16、顶模滑块油缸连接块17、滑块固定块18与顶模滑块19连接在一起。

上述外模机构的工作原理是：外模油缸7通过外模油缸连接件8带动外模滑台9及外模10完成开合模动作；顶模滑块油缸15带动顶模滑块油缸连接轴16、顶模滑块油缸连接块17、滑块固定块18推动顶模滑块19完成顶模滑块开合动作。主框架2整体结构为封闭箱式结构，能够承受很高的力量冲击，满足了工艺需求。

顶模机构 Ⅰ-2的结构如图5所示，包括顶模油缸20、导向杆22、导向铜套23、顶模油缸连接轴24。顶模油缸20、导向铜套23固定在高刚性主框架2上，顶模油缸的活塞杆经支撑连接件与顶模相固定，带动顶模作上下开合模动作，同时支撑连接件与导向杆下端固定，导向杆在顶模油缸的带动下在导向铜套内上下运动。具体是，顶模油缸20的活塞杆连接顶模油缸连接轴24在由导向杆上连接板21、导向杆22、导向杆下连接板25构成的导向机构的牵引下带动顶模支撑杆26、顶模13作上下开合模动作。

中芯机构Ⅰ-3的机构如图6所示，包括中芯油缸27、导向铜套30、导向杆31、中芯托架34。中芯油缸27、导向铜套30固定在床身1上，中心油缸的活塞杆连接内芯从而带动内芯作上下运动，中芯托架经连接板连接导向杆，导向杆在导向铜套内上下滑动；床身上安装有行程开关，以控制中芯气缸的行程。具体是，中心油缸27的活塞杆连接中心托架34带动内芯36在由导向杆31、上下连接板组成的导向机构下作上下运动。托架销轴35连接中芯托架34、内芯36，行程开关撞杆32、行程开关撞块33随着内芯36上下作上下运动，行程开关撞块32和固定在行程开关支架28上的行程开关29接触从而触发到位信号。

取铸件及铸淬机械手Ⅱ的结构如图7、图8和图9所示，包括大支架49、三轴联动机构，三轴联动机构包括纵向滑台47、气爪上下油缸41和气爪水平气缸53。大支架49上装有横梁48，横梁上装有相互平行的齿条50、直线导轨副51，直线导轨副51的滑块上安装有纵向滑台47。纵向滑台47上安装有伺服电机42、减速机43、气爪上下油缸41、小支架45。小支架支撑气爪上下油缸41。伺服电机42与减速机43连接在一起，安装在纵向滑台47上，减速机43输出轴连接齿轮，齿轮与齿条50啮合，带动纵向滑台47水平运动。气爪上下油缸的活塞杆上端与连接板连接在一起，连接板下面连接竖直导向柱，连接板能够上下运动，连接板上安装气爪水平气缸和可滑动的水平导向杆；气爪水平气缸的活塞杆连接气爪和导向杆。具体是，气爪上下油缸41的活塞杆通过浮动接头39、连接块38与连接板44连接在一起，连接板44上连接有竖直导向柱46。连接板44上安装有固定支架54。气爪水平气缸53的活塞杆与前支架58连接在一起，前支架58上通过导向杆55连接有后支架52，前支架58的下部装有气爪37。

上述取铸件及铸淬机械手的工作原理是：私服电机42通过减速机43、齿轮、齿条50带动纵向滑台47及气爪37在直线导轨副51导向下，实现气爪的纵向移动。气爪上下油缸41带动前支架58及气爪37在支架45和竖直导向柱46导向下实现气爪的上下运动。气爪水平气缸53带动前支架58及气爪37在前支架58和导向杆55的导向下，实现气爪的水平进退。通过电磁换向阀控制气爪的夹紧、松开，抓取活塞毛坯40。

浇注机器人Ⅲ的结构如图10、图11所示，包括ABB六轴工业机器人59、浇注第七轴60。浇注第七轴60通过机器人连接法兰74与ABB六轴工业机器人59连接在一起。浇注第七轴60包括第七轴电机61、第七轴减速机62、传动杆65、直角齿轮箱69、浇勺70。第七轴电机61与第七轴减速机62直连，通过减速机联轴器63、轴承64与传动杆65连接在一起，传动杆65与直角齿轮箱69通过轴承67、齿轮箱联轴器68连接在一起，直角齿轮箱69与浇勺70通过浇勺连接板71、连接块72连接在一起。传动杆外侧还设置有传动杆外壳，传动杆外壳安装在减速机联轴器的外壳和齿轮箱联轴器的外壳之间。传动杆外壳还安装有探针。传动轴外壳73对传动杆起保护作用及连接上下机构作用。

上述浇注机器人的工作原理是：第七轴电机61通过第七轴减速机62、传动杆65传递机械能到直角齿轮箱69，直角齿轮箱69输出轴与浇勺70连在一起。当第七轴电机61旋转时带动浇勺70旋转完成舀取铝水、倒铝水入模具的动作。整个浇注第七轴60是在ABB六轴工业机器人59的带动下达到铝液保温炉Ⅷ、铸造主机Ⅰ浇口杯处的。

浇注机器人将铝液导入模具后开始冷却，一定时间后高压气系统将高压气打入模具顶冒口，高压气将呈半凝固状态的铝液压缩，预制件进铝，使活塞微观组织更加致密。

高压气系统由高压气空压机、带有压力调节的储气罐、控制阀等部件组成。根据工艺要求控制高压气的压力、压入时间等参数。

本发明还包括相配套的液压系统、气动系统、冷却系统、润滑系统、防护系统、电气控制系统、高压气系统和模具。电气控制系统为siemens的运动控制模块simotion，即采用可编程控制器（PLC）来控制伺服电机及各油缸的动作。高压系统采用高压空压机供给高压气，使用压力达到15MPa，整个回路控制系统均适用于高气压压力。模具设计采用新式设计，便于放置盐芯、镶圈、预制件等。

本发明的自动循环过程的工艺流程为（该循环过程以毛坯凝固状态为起始状态）：顶模上→外模开→顶模滑块开→中芯下→机械手进→机械手下→机械手夹→机械手上→中芯上→镶盐芯→外模合→顶模滑块合→镶圈→预制件→机械手退→机械手至铸淬工位→机械手进→机械手下→铸淬→顶模下→浇注机器人取液、定量→浇注→一定时间后加高压气→铸件保温凝固→机械手上→机械手进→机械手松→机械手退→机械手至取件工位等待。