自动打磨设备在汽车刹车盘铸件生产中的应用

李东明，刘宏亮

（中国汽车工业工程有限公司，天津 300113）

自动打磨设备在汽车刹车盘铸件生产中的应用

李东明，刘宏亮

（中国汽车工业工程有限公司，天津 300113）

对汽车刹车盘铸件的主要工艺进行了概述，重点介绍了几种近年来出现的适用于刹车盘铸件的自动化打磨设备，并对这些设备的工作流程和特点进行了分析。认为专用铣床、通过式打磨清理机、自动打磨生产线实现了刹车盘铸件打磨清理的自动化，对提高企业的生产效率、降低工人的劳动强度、改善车间生产环境等方面具有明显的优势。

刹车盘；清理工艺；自动化

近年来，随着汽车产业的快速发展，我国汽车产销量已经连续7年稳据世界第一，国内的汽车保有量持续攀升，对汽车关键零部件刹车盘铸件的需求量也不断增加,同时由于市场激烈的竞争，对汽车的稳定性、安全性、可靠性及舒适性等的要求也越来越高，对刹车盘铸件的品质要求也日益苛刻。以上市场的需求促使国内刹车盘铸件生产企业扩大生产规模，或改造、扩建原有生产车间，或直接新建生产基地，同时逐渐淘汰传统的、落后的生产模式，提高铸造装备水平，采用大量技术先进、自动化水平高的设备。

本文对刹车盘铸件的主要生产工艺流程进行概述，并针对刹车盘铸件的打磨工艺，详细介绍近年来出现的几种技术水平较先进的打磨清理设备，以供同行参考。

1 刹车盘铸件的生产工艺

刹车盘铸件品种繁多，一般分为实心盘（又称单层盘）、空心盘（又称双层盘、通风盘）两种类型，常用材质为国标HT250牌号，为圆形铸件，铸件毛坯质量多为6～18 kg。

国内大部分刹车盘生产企业采用粘土砂湿型工艺，造型设备可采用垂直无箱造型线、水平脱箱造型线和水平静压造型线；熔化设备多采用电炉熔炼铁液，也有部分企业仍在使用冲天炉熔炼的；制芯工艺以往常采用覆膜砂热芯工艺，近年来新建项目多采用冷芯盒制芯工艺。

刹车盘铸件一般选择振动输送机+落砂冷却滚筒的落砂方式，也有采用振动输送机+振动落砂机或振动输送机+振动鼓+振动落砂机的落砂方式；落砂后的铸件一般采用鳞板输送机输送到清理工部，在输送机上采用液压扩张钳将铸件与浇冒口分离；根据客户的不同要求，有些刹车盘铸件需要进行退火热处理，去除铸件内部应力，也有企业采用自然时效的方法去除铸件内应力。

刹车盘铸件的抛丸清理目前常采用的设备有悬链式抛丸机、连续摆床抛丸机、连续履带式抛丸机。

悬链式抛丸机的上下件均需要人工操作，生产效率相对较低，而连续摆床抛丸机和连续履带式抛丸机均是连续式的生产方式，铸件和浇冒口可以一同经抛丸机两端的振动输送机连续地进行抛丸处理，因此生产效率较高，近年来多被企业采用；采用何种抛丸设备，需要企业根据产品特点及生产规模具体分析后进行选择。

抛丸后的刹车盘铸件一般要进行打磨清理、磁粉探伤、X光探伤、防锈处理，最后成品装框。

2 刹车盘铸件的打磨清理

刹车盘铸件打磨清理是为了去除铸件的飞边、毛刺、冒口根部。传统的打磨方式多是人工使用砂轮机打磨，在国内很多刹车盘铸件生产企业中仍在大量采用。条件好的企业，将打磨工位使用清理隔音房封闭起来，铸件通过皮带输送机或板式输送机输送进出料，清理隔间设有侧吸或底吸除尘罩及除尘系统，打磨隔间下面有地沟，通过格栅板、废砂收集系统将打磨的铁屑及废砂集中收集，同时在人工操作工位处设有岗位送风口，为工位送新风、夏季送冷风，改善清理人员的作业环境；条件差的企业，则直接采用叉车使用铸件筐输送铸件，人工打磨工位没有隔音、除尘、送风设施，车间环境较差。

人工打磨方式设备投资费用低，但存在着车间环境差、劳动强度高、生产率低等缺点，随着装备技术水平的进步和国家对环境等政策的要求越来越高，以及人工成本逐年上升，这种方式将逐步的淘汰。近几年来，国内外的一些设备制造厂家开发出一些先进的、适合刹车盘铸件打磨清理的设备，在国内外一些企业的生产中得到应用，为铸造企业提供了更多的选择。下面对刹车盘生产企业中使用的几种铸件打磨方式进行详细介绍：

2.1 专用铣床

2.1.1 铣床清理单元

图1 专用铣床清理单元布置图

铣床清理单元由2～3台铣床及辅助设备组成一个清理单元，一般布置形式如图1所示，主要包含铸件坯料输送辊道、上料平台、旋转夹具、铣床主机、下料辊道、控制柜。该清理单元是针对刹车盘类铸件开发的专用铣床清理单元，可用于刹车盘、压盘、制动鼓、轮毂、飞轮等铸件坯料浇冒口根部及飞边的切除[1]。

该清理设备工作流程为：操作工人从铸件坯料输送辊道上取下铸件，放到上料平台上，上料平台自动平移将铸件送至旋转夹具取件位置等待；旋转夹具下降、抓取铸件、上升，上料平台退出复位；旋转夹具旋转180°、下降并将铸件坯料放到铣床固定装置上，旋转夹具上升等待；铣床固定装置将铸件锁紧、铣床进刀切削，同时上料平台将第二件铸件坯料平移送至取件位置；铣床完成切削、退刀，旋转夹具下降、同时抓取加工后的铸件和第二件坯料；旋转夹具上升、旋转180°，同时上料平台退出复位准备下一次的上件；旋转夹具下降并将第二件铸件坯料放到铣床固定装置上，同时将加工后的铸件释放到下料输送辊道上；旋转夹具上升等待取件、进入下一个加工周期，加工后的铸件通过辊道输送至下一个生产工序。

加工过程中的铁屑可通过螺旋输送机集中收集。

该清理设备具有以下特点：（1）实现了刹车盘铸件清理的自动化生产，降低了人员的劳动强度，改善了车间生产环境；（2）生产率高，3工位的生产率≥360件/h，2工位的生产率≥250件/h；（3）适应性强，夹具调整便捷，可适应不同规格尺寸的刹车盘铸件；（4）仅用于铸件外圈清理。

2.1.2 铣冒口生产线

图2 铣冒口生产线布置图

铣冒口生产线是由2台立式双工位铣床及辅助设备组成，一般布置形式如图2所示，主要包含上料辊道、定位机构、桁架机械手、双工位数控铣床、下料辊道、电控柜。该生产线中的核心设备为双工位数控铣床，是由两个独立工作的立式铣床并列布置在一个床身上，专用于刹车盘类铸件浇冒口根部的切除[2]。

该生产线的工作流程为：铸件坯料通过2条上料辊道输送至定位机构处，定位机构自动检测铸件冒口断口位置并定位；桁架机械手（共有4个手爪）下降，使用2个上料手爪同时抓取2条上料辊道上的铸件，然后抬起、行走至双工位铣床固定工位；桁架机械手下降，使用2个下料手爪同时抓取2个固定工位上加工好的铸件，然后抬起、移动一定距离下降，将2个上料手爪上的铸件坯料放到铣床固定工位上；桁架机械手抬升，铣床固定装置夹紧铸件逐个切除冒口根部；桁架机械手移至下料辊道上方，将2个下料手爪上的铸件逐个放到下料辊道上；铸件经下料辊道输送至下一生产工序，桁架机械手移动位置，使上料手爪位于上料辊道上方，进入下一个工作周期。

加工过程中的铁屑也可实现自动回收。

该清理设备具有以下特点：（1）实现了清理过程的自动化流水作业，降低了人员的劳动强度，改善了车间生产环境；（2）生产效率高，1台双工位铣床生产率为240件/h ，如图2所示的1条线生产率约480件/h；（3）设备结构简单，操作维护方便；（4）仅用于铸件外圈清理。

2.2 通过式打磨清理机

图3 通过式打磨清理机布置图

通过式打磨清理机是由内孔和外圈两个砂轮打磨装置及配套设备组成，其中内孔打磨装置可根据实际是否需要进行选配，生产线布置形式如图3所示，主要包含输送辊道、推送机构、内孔打磨装置、外圈打磨砂轮机、液压站、电控柜等。砂轮机带有除尘罩，可采用除尘器对打磨过程进行除尘。该清理设备可用于刹车盘、制动鼓、飞轮等铸件，去除外圈披缝、浇冒口和去除中心孔毛刺。

该清理机的工作流程为：铸件坯料通过辊道输送至等待工位；推送机构A将等待工位上的铸件推至内孔打磨工作台上；内孔打磨工作台下方的顶升机构将铸件顶起，与上方固定装置对接、夹紧铸件并高速旋转，反方向旋转的打磨轴伸进铸件内孔去除内孔毛刺；打磨轴起升，固定装置停止旋转，顶升机构下降复位；推送机构A将另一件铸件推入内孔打磨工作台，进入下一个内孔打磨周期；内孔打磨后的铸件被顶入输送辊道，输送到外圈打磨的等待工位；推动机构B将等待工位上的铸件推入外圈打磨工作台，工作台下方的顶升机构将铸件，与上方固定装置对接、夹紧铸件并高速旋转；高速旋转的外圈打磨砂轮机根据激光定位位置移进一定的距离，对铸件外圈进行打磨，砂轮机的旋转面与铸件的旋转面垂直；砂轮机退出复位，固定装置停止旋转，顶升机构下降复位；推送机构B将另一件铸件推入外圈打磨工作台，进入下一个外圈打磨周期，打磨好的铸件被顶到输送辊道上，通过辊道输送到下一个生产工序。

该清理设备具有以下特点：（1）可实现盘类铸件的自动化打磨；（2）生产 效率 高，1套通过式打磨清理机最大生产率可达600件/h，但对浇冒口根部断口较长的铸件，清理效率会有下降；（3）使用大直径的特制砂轮，更换费用偏高；（4）不仅可对铸件外圈进行打磨，还可以去除铸件内孔毛刺。

2.3 自动打磨生产线

自动打磨生产线的工作原理与2.3所述通过式打磨清理机相似，不同是的打磨外圈的砂轮机为双工位，一般2条线并联布置，可同时打磨4个铸件，如图4所示，主要包含链式输送机、内孔打磨装置、双工位自动打磨机、铁屑收集装置、输送辊道、皮带输送机、电控柜等。内孔打磨装置可根据生产要求选配。双工位自动打磨机安装在封闭的隔间内，可采用除尘器对隔间进行除尘。该生产线也是专用于刹车盘、制动鼓、飞轮类铸件，去除外圈披缝、浇冒口和去除中心孔毛刺。

该生产线的工作流程为：铸件坯料通过链式输送机输送至内孔打磨工位，固定装置将铸件锁紧后打磨内孔；打磨内孔后铸件输送至打磨室外等待工位，然后一次放行2件至打磨工位前的准备工位；铸件从准备工位进入2个打磨工位，工位下方顶升机构将铸件顶起与上方固定装置对接、夹紧铸件并高速旋转，高速旋转的砂轮机移进一定的距离，对铸件外圈进行打磨，砂轮机的旋转面与铸件的旋转面垂直；砂轮机退出复位，固定装置停止旋转，顶升机构下降复位；打磨好的铸件通过辊道、皮带输送机输送到下一个工序，另一对铸件进入打磨工位，开始下一个打磨周期。

图4 自动打磨生产线布置图

该清理设备具有以下特点：（1）可实现盘类铸件的自动化打磨；（2）生产效率高，可同时打磨4个铸件，生产率可达600件/h；（3）不仅可对铸件外圈进行打磨，还可以去除铸件内孔毛刺。

3 结论

专用铣床、通过式打磨清理机、自动打磨生产线，实现了刹车盘铸件打磨清理的自动化，近年来在国内开始逐步的被企业应用，对提高企业的生产效率、降低工人的劳动强度、改善车间生产环境等方面具有明显的优势。自动化打磨是铸造企业铸件打磨清理工艺的发展趋势。

[1] 熊晗，刘伯军，倪云涛，等．刹车盘铸件浇冒口根部去除专用铣床的开发与应用[J]．中国铸造装备与技术，2014 (4) ： 38-39.

[2] 李文辉．一种去除浇冒口的机床[P]．中国专利．B22D31/00．CN201223933．2009-04-22．

Application of automatic polishing equipment at automotive brake disc casting production

LI DongMing, LIU HongLiang
(Automotive Engineering Corporation, Tianjin 300113，China )

This paper summarized main production process of automotive brake disc casting. Several automatic polishing equipment appeared in recent years for brake disc casting were introduced. The working process and characteristics of these equipment were also analyzed.

brake disc; cleaning process; automation

TG232.7；

A；

1006-9658（2017）01-0058-04

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.01.018

2016-05-20

稿件编号:1605-1385

李东明（1984—），男，工程师，主要从事铸造车间工程设计.