摘要：為滿足不同型號發動機缸體製（zhì）芯共線生產的要求，在分析整體組芯+整體（tǐ）浸塗工藝優缺點的基礎（chǔ）上，提出了分體組芯+分體浸塗，通過機（jī）器人（rén）和砂芯烘爐將整（zhěng）個製芯工（gōng）序串聯起來的柔性化製芯工藝方案。介紹了自動化（huà）缸體製芯中心及工裝模（mó）具的柔性化（huà）／通（tōng）用化設計要點（diǎn），柔性自動化缸（gāng）體（tǐ）製芯中心的投產運行為同行業缸體製芯中心的建設（shè）和改造提供了一個可以借鑒的案例。
 
      關鍵詞：缸體（tǐ）；製芯；自動（dòng）化；柔性
 
     製芯是（shì）發動機（jī）缸體鑄造生產（chǎn）的關鍵工序，製芯工藝設計直接影響缸體（tǐ）鑄件的質量和生產（chǎn）效率【l-2]。隨著國家節能減排法（fǎ）規（guī）要求的不斷（duàn）提升，車用發動（dòng）機缸體尺寸設計得越來（lái）越小，壁厚越來越薄，為保證鑄件質（zhì）量，對於形（xíng）狀（zhuàng）各異（yì）且壁薄（báo）的水套和油道砂（shā）芯通（tōng）常需要采取（qǔ）不同（tóng）的（de）工藝措施，如芯撐、塗料和特種芯（xīn）砂等【3】。目前（qián）許多缸體鑄造廠（chǎng）采用（yòng）或考慮采（cǎi）用自動化製芯中（zhōng）心來保證砂芯的（de）精度和生產效率（lǜ）【4】，如何讓自（zì）動化製芯中心滿足不同型（xíng）號缸體鑄造工藝要求，使之（zhī）具備生產柔性，研（yán）究缸（gāng）體製芯工（gōng）藝方案以及製芯中心設備配置，對自動化製芯中心的建設和改造具有重要意義。
 
      1、缸體製芯工藝
 
      1．1缸體砂芯組成
 
      江鈴鑄（zhù）造廠主要生產1．5～3．0 L排量的多種型號直列4缸柴油和汽油發動機缸體，缸體砂芯由曲軸箱芯、前後端芯、帽芯、水套芯和油道芯（xīn）等組成。砂芯示意圖見圖1。
  

    
  
                                    圖（tú）1缸體砂芯示意圖
   
      1.2 製（zhì）芯工藝方案
 
     我廠20世紀90年代末從國外（wài）引（yǐn）進首條4J發動（dòng）機缸體自動化製（zhì）芯線(一箱兩件水平澆注工（gōng）藝)，該線采用整體組（zǔ）芯+整體浸塗方案，通過三台機（jī）械手將工序串（chuàn）聯（lián）起（qǐ）來實現自動化生（shēng）產（chǎn）。製芯工藝方案見圖2。
  
  

      
  
                                圖2 4J缸體自動化製芯工藝方案
 
     整體組芯+整體浸塗設備單元由機械（xiè）手、組芯台穿梭機（jī）構、組芯夾具、注膠機和塗料槽組成。機械手抓取曲（qǔ）軸箱芯、端芯和帽芯（xīn）放入組芯夾具（jù）；人工在組芯夾具上放入水套芯和油道芯，組芯夾具自動組芯；組芯台穿梭至注膠工位注膠鎖芯（xīn）；機械（xiè）手抓取整體砂芯芯組浸塗、甩幹，放入烘爐托盤烘幹。相對來說，整體組芯+整體浸塗方案具有工藝流程簡單（dān），設（shè）備占地麵積小，工裝投入少等優點，但對於一些新型號含有複雜薄壁水套芯和油（yóu）道芯的（de）缸體，需要采取特殊的工藝（yì）措施（shī）來（lái）防止水套芯（xīn）、油道芯變形開裂和（hé）燒結，如使用芯撐和特殊（shū）塗料等。這條整體組芯+整（zhěng）體浸塗方案（àn）的自動化製芯線則難以滿足（zú）此類特殊工藝要求。
  
 
     2、製芯工藝（yì）柔性設（shè）計
 
     2．1 柔性化製芯工藝方案
 
     綜合分析各種缸體的工藝特性，我（wǒ）廠選擇了分體組芯（xīn）+分體浸塗，通過機器（qì）人和砂芯烘（hōng）爐將（jiāng）整個製芯工序串聯起來的柔（róu）性化製（zhì）芯工藝方案作為新的製芯中心建設方案，見圖3。
  

    
  
                                      圖3 柔性化製芯（xīn）工藝方案
 
     曲軸（zhóu）箱芯（xīn）和前後端芯組成芯組、浸塗、烘幹；水套（tào）芯（xīn）和（hé）帽芯（xīn）組成芯組、浸塗、烘幹；油道芯單獨浸塗、烘幹；所有砂（shā）芯共用烘爐，砂芯烘（hōng）幹出爐後人工放置芯撐或清除芯撐塗料等；最後將各芯組放人（rén）組芯夾具整體組芯（xīn）。
 
     2．2自動化製芯中心（xīn）設（shè）備配置
 
     柔性自動化製芯中心（xīn）設計上充分考慮了精益設計、人機工程、通用（yòng）性和快速切換等因素，生產（chǎn）能（néng）力30套整芯／ll，定員10人。平（píng）麵布置見圖4。
  
  

    
  
                                   圖（tú）4柔性自動化製芯中（zhōng）心平麵布置圖
 

     CELLl單元由一（yī）台曲軸箱芯／端芯水平冷芯製芯機、一台（tái）二次射砂鎖芯機、一台取芯（xīn）機器人、一台取芯／浸塗機器人、一個塗料槽和一個砂芯檢查旋轉工（gōng）作台（tái）組（zǔ）成。
 

     CELL2單元（yuán）為一台（tái）帽芯／油（yóu）道芯水平冷芯製芯機。
     CELL3單元（yuán）由一台水套芯熱芯製芯（xīn）機、一台取芯／下芯撐機器人和一個旋轉（zhuǎn）工作台組成。
     CELL4單元由一（yī）台取芯（xīn）／浸塗機器人、一個塗料槽和（hé）一（yī）個（gè）帽芯／水套芯組（zǔ）芯旋轉工作台（tái）組成。
     CELL5單元由一台取芯機器人、一台取芯／卡釘機器人和（hé）一個整（zhěng）體組芯工作台組成。

  
     3、柔性化／通用化設計要點
 
     3．1 製芯中心柔（róu）性設計要點
 
     CELLl單（dān）元。設備／模具規格按所（suǒ）有缸體砂芯的最大尺寸設計；機器人夾具考慮（lǜ）最大和最小砂芯尺寸通用化設計；砂芯檢查工位采用旋轉工作台，兼備小砂芯人工（gōng）組芯（xīn）和封堵氣眼等功能；配備（bèi）全（quán）自動換（huàn）模機構順應（yīng）柔性生產快速（sù）切換的（de）要求（qiú）。
 
     CELL2和CELL3單元。帽芯（xīn）和油道芯形狀（zhuàng）、厚度相差較大，放在一起製芯適合選用水平分型冷（lěng）芯工藝；不同缸體的水套芯各不相同，按最複雜的六開模以及機器人放芯撐的要求選（xuǎn）用合適的製芯設備。
 
     CELL4單元（yuán）。從可靠性、成本和質量等因素綜（zōng）合考慮，帽芯和水套芯組芯（xīn）優選在旋轉工作台上人工螺釘鎖緊方案。對於前後（hòu）端有芯頭的水套芯采（cǎi）用增加輔助端（duān）芯方式組芯。見圖5。
  
  

    
  
                                      圖5帽（mào）芯和水套芯組芯
  
     CELL5單元。機器人整（zhěng）體（tǐ）組芯單元設置安全門，具備人工進入工作台組合油道芯等（děng）其他小（xiǎo）芯的功能。各芯組浸塗後由於砂芯結合麵浸有塗（tú）料，所以整體組芯時芯組間的緊固不適合采用粘膠工（gōng）藝，本方案選用機器人卡（kǎ）釘方（fāng）式鎖緊端（duān）帽芯（xīn）組（zǔ），見圖6。
  

    
  
                                       圖6機器人整體組芯單（dān）元
   
     砂芯烘爐。砂芯烘爐是將整個自動化製芯工序串聯起來的關鍵設備。烘芯托盤采用通用（yòng）化設計，油道芯隨爐懸掛（guà）烘（hōng）幹防止砂芯變形；砂芯出爐後在冷卻段設計兩個人工操（cāo）作工位，具有清除芯撐塗料或放置芯撐等功能。
 
     3．2模具通用化設計要點（diǎn）
 
     模具通用化設計是通（tōng）過砂芯布置、芯頭形狀和尺寸等工藝設計來（lái）實現機器（qì）人夾具、預組芯台和烘爐托（tuō）盤（pán）等工裝對不同產品的通用性。
 
     曲軸箱芯（xīn）／端芯芯盒布置。為實現CELLl單元取芯機器人夾（jiá）具通（tōng）用，曲軸箱芯和端芯在模具中布置的相對位置，間距和高度差等尺寸需設計一（yī）致。見圖（tú）7。

    
            圖7曲軸箱芯和端芯在（zài）芯盒中布置設計要求
 
   
     曲軸箱芯／端芯芯頭（tóu）設計。為（wéi）實現取芯夾具通用，曲軸箱芯和端芯（xīn）芯頭設計（jì）還需要（yào）與機器人夾（jiá）具夾點的形狀、尺寸以及夾緊麵角度相一致。見圖8。

                                  圖9端芯側麵芯頭設汁要求
   
     為實現CELLl單元取芯／浸塗機器人和CELL5單元組芯機器人夾具通用，端芯芯頭夾緊孔的設計需要有相同的（de）位置、形狀和尺寸。見圖10。
  
    

    
      藝流程相（xiàng）對複雜、生（shēng）產線占地（dì）麵積較大，工（gōng）藝工裝設計需要考（kǎo）慮的（de）細節較多。我廠柔性自動化缸體製芯中心的（de）投產運行為同行（háng）業缸體製芯中心的建設和改造（zào）提（tí）供了一個可以借鑒的案例。