铝活塞中高压铸造用盐芯自动化生产线的研制

2016-11-22刘冉冉

中国设备工程 2016年15期

关键词：油腔槽内压力机

刘冉冉

（山东凯文科技职业学院，山东济南 250200）

铝活塞中高压铸造用盐芯自动化生产线的研制

刘冉冉

（山东凯文科技职业学院，山东济南 250200）

具有内冷油腔的铝活塞是高端汽车发动机的关键零件，活塞内冷油腔是活塞铸造时预置盐芯形成的。本项目主要针对盐芯生产企业的单机、手工送料、手工压制、手工涂抹及手工取环这种制约高效率生产盐芯的瓶颈问题，研制盐芯自动化生产线，实现了盐芯的自动化生产。盐芯自动化生产线是一项上料速度快、抓取时间短、减少人工劳动强度、提高生产效率的先进技术。

活塞；盐芯；自动化生产线；

活塞是发动机的关键零部件之一，随着汽车功率及速度的提高，发动机及活塞要具备很好的的散热性能。为了满足发动机及活塞使用要求,必须显著排除高增压发动机和高负荷柴油机的燃烧过程所产生的热量。为此，工程技术人员设计出具有整体内冷油腔的活塞，实现了对活塞强制冷却,提高了活塞的降温散热能力，满足了发动机使用要求。具有整体内冷油腔的活塞是在活塞头部设计了内冷油腔。内冷油腔的形成采用水溶性盐芯法。将盐芯安放到活塞模具上，以其作为油腔的型芯，在铝活塞铸造过程中用盐芯成型内冷却油道。盐芯是以水溶性盐为基体制作的，其遇水溶解便于脱芯。之后，在浇铸好的铝活塞的桶壁上沿轴向钻出进油孔和出油孔，用高压水将盐芯冲出,最后形成与盐芯形状相同的冷却油腔(如图1)。

图1 盐芯在活塞内被冲出来后形成内冷空腔

盐芯铝活塞，即在铝活塞铸造过程中用盐芯形成其内冷却油道的活塞。因内冷却油道内腔较大、油道出口小且数量少,故一般选用易脱芯的水溶性盐芯。水溶性盐芯（以下简称盐芯）是指以水溶性盐为基体制作的盐芯，其特点是遇水溶解,与其它类型的盐芯相比,主要优点在于脱芯方便。基于此，盐芯有了一个稳定且巨大的需求市场，以致于出现盐芯生产企业供不应求的现象。针对盐芯生产企业的单机、手工涂抹脱模剂、手工取盐芯等原始落后的制约高效率生产型芯的现状，提出了研制盐芯自动化生产线的方案，以实现盐芯的高效、自动化生产。

1 当前国内外情况

据科技查新报告相关数据显示：国内未见采用由上料机械手、盐芯取放机械手、自动补料机械手、盐芯传送机构及数控系统组成的6台压力机联合研发盐芯生产自动化生产线的文献报道。根据课题组对国内盐芯生产基地——山东滨州生产情况调查显示，目前盐芯生产过程均采用手工加工，效率低，远不能满足市场需求。

根据互联网及对相关企业调查，目前日本有单机盐芯自动化生产设备，尚未实现盐芯自动化生产线的流水线作业。为此，课题组根据企业需求，针对盐芯生产企业的单机、手工送料、手工压制、手工涂抹及手工取环等缺陷，对盐芯生产过程进行充分调研，结合企业生产实际，提出了盐芯自动化生产线研制方案，设计了盐芯自动化生产线。

2 盐芯自动化生产线原理及功能

盐芯自动化生产线主要包含6台压力机，每台压力机配备一套压力机下模槽内涂抹机械手、压头端面涂抹机械手、送料机械手、取放机械手、传送装置及数控系统。整个生产线采用PLC控制，且根据生产流程要求设置了取放机械手与盐环压力机上下模研制缸之间的互锁，确保了机械手、压力机正常工作的安全可靠性。该生产线实现了盐芯的自动化生产节大大提高生产效率。对企业来说，节约了生产时间，提高了生产效率，可极大地提高企业的经济效益。压头端面涂抹机械手主要由塑形挤压滚轴、涂抹剂储料仓、直线气缸等组成，如图2所示。

压力机下槽内涂抹机械手主要由涂抹剂储料仓、涂抹针头和针头旋转机构（同步带轮带动）、直线气缸、电磁气阀等组成，如图3所示。

盐环自动化生产线采用PLC控制，其送料机械手、取环机械手与压力机上下模压制缸之间设置互锁，确保了机械手与压力机工作时互不干扰、安全可靠。取环机械手主要由直线气缸、回转气缸、机械夹、PLC控制器等组成，如图4所示。

图2 压头端面涂抹机械手示意图

根据盐芯人工生产过程，研制的盐芯自动化生产线其工作过程如下：第一步：压力机下槽内涂抹机械手和压头端面涂抹机械手同时起动，压力机下槽内涂抹机械手的6个涂抹针头进入槽内，在同步带轮的传动下涂抹针头顺时针旋转，完成圆周的涂抹操作。同时压头端面涂抹机械手的塑形挤压滚轴在直线气缸的推动下将涂抹剂均匀的涂抹在压力机压注时的上表面。第二步：涂抹完成之后，压力机往下运动压注出型芯。第三步：型芯压注完之后，压力机下模模芯向上运动将型芯顶出，这时取放机械手启动，将压制好的型芯取出放置在传送带上。

研制的盐芯自动化生产线正常工作时，盐芯生产节拍小于或等于8秒，提高生产效率18倍。对企业来说，节约了生产时间，减少了员工的资源浪费，提高了生产效率，极大地提高了企业的经济效益。于2015年11月完成了盐芯的上料机械手、模芯取放机械手等研制，并已在滨州正道机械制造有限公司应用。